CMB 温度和偏振干涉仪实验的观测策略

我们模拟了宇宙微波背景 (CMB) 温度和偏振涨落的干涉仪观测。我们构建了从时间序序原始可见性样本到 CMB 功率谱的数据管道，利用数据压缩、最大似然分析和最优子空间滤波方法。这三种方法针对单点扫描、拼接扫描和漂移扫描等三种观测策略进行了定制。对于每种策略，都推导出可获得最低不确定性的带功率估计的最优策略参数。结果具有普适性，可应用于任何封闭阵列的单平台实验，如 CBI 和即将到来的 AMiBA 实验。我们还研究了阵列平台旋转对带功率相关性的影响，通过模拟 CBI 单点观测发现，带功率间的反相关性可通过旋转平台来减少，从而实现对可见性平面的密集抽样。这使得我们可以将功率谱在 $l$ 空间中的分辨率降低到采样定理的极限（$\Delta l = 2\pi/\theta$），这比最近的 CBI 单点观测所用的分辨率极限（$\Delta l = 300$）窄约 $\sqrt{2}$ 倍。对于一个均匀采样 $uv$ 环形可见性的两元干涉仪器，验证了这一思路的有效性。由于可见性是 CMB 场与光束卷积的傅里叶模，开发了一个快速无偏估计器 (FUE) 用于 CMB 功率谱。结果表明，FUE 给出的结果与二次估计器方法非常接近，尽管结果的不确定性略有增加，但无需耗费大量计算机资源。