模拟的 1/f 噪声对中性氢强度映射实验的影响

宇宙学已进入一个时代，其实验限制不再源于仪器灵敏度，而是源于仪器和数据分析方法中固有的系统不确定性。中性氢强度映射（IM）领域仍在成熟过程中，然而早期的尝试已经受到系统误差的限制。其中一个系统限制是 1/f 噪声，它主要源于仪器内部，并表现为乘性增益涨落。迄今为止，关于 1/f 噪声对即将到来的单碟中性氢 IM 实验（如 BINGO、FAST 或 SKA）可能带来的影响讨论甚少。本工作展示了使用 SKA-MID 阵列覆盖 950 至 1410 MHz 带宽的 30 天中性氢 IM 巡天的蒙特卡洛端到端模拟。这些模拟将 1/f 噪声模型扩展为不仅包含时间涨落，还包含接收机带通上相关的增益涨落。频谱增益涨落的幂谱密度被建模为幂律，并由参数 $\beta$ 表征。研究发现，1/f 噪声的频率相关程度对中性氢 IM 实验的成功至关重要。较小的 $\beta$ 值（$\beta$ < 0.25）或高相关性是更优的，因为使用当前的成分分离技术更容易将其去除。时间涨落的光谱指数（$\alpha$）也被发现对信噪比有很大影响。望远镜的转动速度影响较小，对于 SKA 的中性氢 IM 巡天，1 deg s$^{-1}$ 的扫描速度应当足够。