全球21厘米宇宙学中的银河系前景与波束色散建模

为了表征和建模全球21厘米信号实验的波束加权前景，我们提出了一种生成基特征向量的方法，该方法将银河系谱指数和天空亮温度的分析与观测模型，与具有不同角度和频谱依赖关系及指向的波束模拟相结合。每种组合都会产生独特的波束加权前景。通过使用奇异值分解（SVD）生成特征向量来拟合每个前景模型，我们考察了改变波束加权前景各组成部分的影响。我们发现，对无色散、各向同性波束（理想情况）建模的特征向量，无论使用何种未加权前景模型都几乎相同，并且实际上与基于多项式的模型难以区分。然而，当各向异性、色散波束对前景加权时，前景的空间与频谱结构之间会引入耦合，使特征向量偏离多项式模型，并导致基依赖于波束（色散性、方向图、指向）和前景（谱指数、天空亮温度图）的具体特征。我们发现波束对特征向量的影响大于前景模型。任何未考虑其畸变的模型，在六参数单谱拟合中可能产生约 $\sim 10$ - $10^3$ 开尔文的均方根不确定度。但如果使用SVD和训练集直接纳入波束，所得特征向量可产生毫开尔文量级的不确定度。在给定足够详细的星空描述下，我们的方法可应用于任何具有适当表征波束的特定实验，以生成准确的波束加权前景模型。