优化宇宙远红外背景的未来实验：一种主成分方法

宇宙远红外背景（CFIRB）的各向异性探测了尘埃恒星形成星系的恒星形成率（SFR）作为暗物质晕质量和红移的函数。我们探索了未来的 CFIRB 实验如何能在当前 Planck 测量的基础上最优地改进 SFR 约束。我们引入了一种与模型无关的、分段参数化的 SFR 作为晕质量和红移的函数，并计算了这些参数的 Fisher 矩阵和主成分，以估计未来实验的 SFR 约束能力。我们研究了 SFR 约束如何依赖于角分辨率、频段数量和范围、巡天覆盖范围以及仪器灵敏度。我们发现角分辨率和仪器灵敏度起着关键作用。将角分辨率从 20 角分提高到 4 角分，可以将 SFR 约束能力提升 1.5 至 2.5 个数量级。在 Planck 的角分辨率下，将灵敏度提高 10 倍或 100 倍可以将 SFR 约束能力提升一到两个数量级，而将频段数量加倍也可以将 SFR 约束能力提升一个数量级。我们发现，像 Cosmic Origins Explorer（CORE）这样的巡天设计非常接近在所有红移处改进 SFR 约束的最优设计，而像 LiteBIRD 和 CMB-S4 这样的巡天设计可以显著改进 z>3 处的 SFR 约束。