利用习得高斯过程核从再电离时代提取21厘米信号

通过中性氢的红移21厘米线直接探测宇宙黎明与再电离时代，将对研究早期宇宙中的结构形成具有前所未有的意义。这一激动人心的目标受到如下困难的挑战：难以从明亮的天体物理前景之下提取微弱的21厘米信号，并被众多系统误差所污染。在此，我们专注于改进最初为LOFAR观测开发的高斯过程回归（GPR）信号分离方法。我们通过引入利用变分自编码器（VAE）与插值自编码器（IAE）从21厘米信号模拟中学得的协方差先验模型，解决了当前方法的一个关键局限。我们进行了大量测试，在不同场景下评估GPR、VAE-GPR与IAE-GPR。我们的发现表明，新方法有组件分离任务中优于标准GPR。此外，当应用于未出现在训练集中的信号时，改进方法展现出鲁棒性。它也对数据系统误差表现出一定程度的韧性，凸显了其有效减轻系统误差对信号恢复过程影响的能力。然而，我们的发现也强调准确刻画并理解这些系统误差对成功探测的重要性。我们的生成式方法即使在有限训练数据下也给出良好结果，在无法获得大型训练集时提供了宝贵优势。比较两种算法，IAE-GPR在恢复功率谱上比VAE-GPR展现出略高的保真度。这些进展凸显了生成式方法的优势，并优化了未来高红移21厘米信号探测的分析技术。