SZ巡天的红外背景弱化和热SZ信号优化方法的探索

The Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect is the most prominent secondary effect upon the cosmic microwave background. Multi-frequncy observations of current SZ surveys such as ACT, SPT, Planck， show that thermal SZ effect is not only lower by 50% than theoretical predictions, but also overwhelmingly contaminated by cosmic infrared background (CIB) at almost all frequencies and scales. .To tackle the second problem, we will employ available CIB models to investigate the dependence of CIB on redshift, frequency and halo mass, with the aid of tools such as hydrodynamical simulations, halo occupation distribution, and conditional luminosity functions. We also want to study the sensitivities of CIB on the employed parameters by calibrating against CIB observations, and improve the accurary of CIB model. According to the implications of current observations and effective models, SZ effect differs from CIB in redshift distribution, it's fairly promising that we can disentangle the degeneracies of CIB and SZ, thus suppress the contamination of CIB to SZ effect. .As an alternative to alleviating the CIB contatminations,it's also probable to directly extract the underlying thermal SZ signal, as well as the information of the gastrophysical processes which impact the clusters. We will try to improve the powerful SZ tomography method, by constructing an effective projected pressure from large scale structure surveys. The projected pressure would be a good proxy of the underlying pressure status of hot gas in clusters. We expect to increase the signal to noise ratio of SZ measurements by cross correlating large scale structure surveys and SZ surveys in the overlapping sky. From the extracted SZ signal, we can obtain useful gastrophysical information taking place in clusters using SZ tomography method.

Sunyaev-Zel'dovich(SZ)效应是微波背景辐射中最主要的次级成分。新一代的SZ巡天项目，如ACT, SPT, Planck等的多波段观测结果表明SZ效应的强度不仅比理论预言低50%左右，并且几乎在所有观测频率和尺度上都受到严重的红外背景(CIB)噪声的污染。我们将针对SZ面临的这两个问题，利用现有的CIB模型，结合流体数值模拟、暗晕占据模型、条件光度函数等来研究CIB对红移、频率、暗晕质量等的依赖，并通过对观测校准来研究CIB对参数的敏感性。根据CIB与SZ效应之间不同的红移分布，我们能够在一定程度上打破CIB与SZ效应的简并，从而降低观测上CIB对SZ效应的污染。同时，我们将研究利用大尺度结构巡天构建等效压强，来优化SZ层析方法，通过结合重合天区的大尺度结构巡天和SZ巡天，我们可以提高SZ效应测量的信噪比，并获得星系团中气体物理过程的信息。

由于宇宙红外背景对热SZ(tSZ)效应的噪声，和原初CMB对运动学SZ(kSZ)效应的污染，目前SZ效应的测量信噪比还相对较低。在本课题中,我们利用层析技术针对两个问题进行了研究:(I)利用层析技术降低CIB的污染,(II)从原初CMB中寻找CGM的kSZ效应。(I)为了提高优化tSZ的测量,我们从两个方面进行了研究,一方面,我们利用CIB和tSZ差异的红移分布来打破他们之间的简并。我们利用流体力学数值模拟研究了如何从CMB天图中分离tSZ效应和CIB。在低红移处,由于CIB信号与低红移星系的弱相关性,CMB与星系的互相关主要来自tSZ信号, 而在高红移处则主要来自CIB信号。然而,不同的CIB模型会严重影响层析法中提取tSZ信号的信噪比。利用谱指数信息,扣除CIB信号后，可进一步提高低红移处tSZ层析信号的信噪比。另一方面,利用层析技术测量的tSZ效应的信噪比与等效压强和内禀压强之间的互相关系数r(k)成正比。我们利用数值模拟对r(k)进行了研究，发现使用暗物质粒子重构的等效压强作，互相关系数在大部分尺度都大于0.95。相比于用星系数密度作为等效压强的r~0.7信噪比会提高约30%。当我们减少粒子数密度到0.0016 (h/Mpc)^3 时，互相关系数为0.85，而此密度之上互相关系数都大于0.9。但是红移畸变效应会大幅降低r(k)。(II)观测表明，对于低质量星系，预期的重子质量有80%都没有观测到，失踪的重子质量问题是星系形成理论中的一个关键问题。科学家相信失踪重子存在于环星系际介质CGM中，运动学SZ效应（kSZ）效应是探测CGM的独特工具，但是从原初CMB谱中分离CGM的kSZ效应并不容易。我们提出了方法分离CGM，我们预测了两种有潜力的CGM轮廓的观测信噪比：MB模型和β模型。我们发现针对ACT这样的SZ巡天和星系密度约0.001 h^3 Mpc^(−3) 的星系巡天，对MB模型z~0.5处10000个银河系大小的暗晕堆叠可以产生大于1σ的信噪比。信噪比随着红移的降低而增加，在z=0.12处达到7.5的极值。用同样的巡天，β模型可以产生更高的信噪比，在z=0.03 处达到19的极值。由于Planck类CMB巡天分辨率较低，只有到了z<0.1，同样数目的暗晕才刚刚可以观测到CGM的kSZ信号。在实际的观测中，我们需要将他们分成更小的红移和质量区间来计算。