21CMA视场中的低频射电源研究

The detection of the Universe in the Epoch of Reionization (EoR) is hopefully the next most important progress in observational cosmology, which has largely promoted the development of the low frequency radio observation technology, and make it a great opportunity to study radio sources in low frequency band. The EoR signal detection will benefit from the study of radio sources, which act as strong foreground. In this work, we plan to use the data obtained with the 21 Centimetre Array (21CMA) in the 5 degree sky region around the north celestial pole within 3 years to construct a catalog of radio sources with flux density >10 mJy (150 MHz) and then a) measure their low frequency radio spectral properties and determine the spectral turnover mechanisms; b) study the low frequency radio varibility; c) calculate the flux density function of differet kinds of sources; d) study the correlation between emissions from low frequency radio and X-ray bands. This work will serve as an observational basis for the foreground exclusion in the detection of EoR signal.

探测宇宙再电离是未来10-20年内观测宇宙学最重要的研究方向之一。对再电离时期宇宙的研究极大促进了低频射电观测技术的发展，从而为在该波段研究射电源创造了机遇。射电源是再电离信号的强前景，对其认识的加深反过来又将为宇宙再电离研究提供重要突破。本工作拟利用21CMA对以北天极为中心，5度视场内已经积累的大约3年的观测数据，构造该天区内流量密度>10 mJy (150 MHz)的低频射电源星表，基于此将a) 研究射电点源的低频频谱性质，判明频谱反转的位置和机制；b) 了解这些源的低频光变行为；c) 统计不同类型射电源在不同流量密度区间中的比例；d) 结合ROSAT、Chandra等X射线卫星的观测考察AGN的低频射电-X射线辐射相关性。本工作将为再电离信号前景的扣除提供实测依据。

本课题旨在对 21CMA视场内的射电源性质进行研究，并以此为依据，探索对宇宙再电离时期21厘米信号前景进行扣除的方法。本课题的研究内容包含两个主要的方向：一、利用21CMA的实际观测数据，研究视场内射电源的性质；二、对如何在存在强前景的情况下扣除再电离21厘米信号的前景辐射信号进行探索。.. 对于这两个方向的研究内容，本课题获得了如下的主要结果。.. 一、对21CMA的实际测量数据进行了分析，从而获得了视场内射电源的光变性质的信息。我们对21CMA从2011年12月到2014年3月之间的一共13天的实际观测数据进行了分析，发现前100个亮源中一共有15个射电源存在显著的光变。通过进一步分析这15个变源的光变行为之间的相关性和空间分布特点，我们发现这15个射电源中的13个可以分为3组，每组内部的射电源的光变存在相关性。由此我们判断，这13个射电源的光变行为并不是内禀的，而很可能是收到外部因素调制而产生的。至于具体的外部原因的可能候选者，我们认为很可能是银河系内的星际介质的扰动。另外2个射电源的光变则不与任何其他的射电源存在相关性，由此我们判断其光变是内禀的行为。这一工作目前已经整理为论文，投稿至Astrophysical Journal。.. 二、对21CMA视场内射电源频谱性质以及低频吸收行为的研究。我们提取了21CMA前100个亮源在50-200 MHz之间，频率分辨率为10 MHz的频谱数据进行分析，这是目前为数不多的完整覆盖了50-200 MHz频段的低频宽带射电源频谱数据库。目前这项工作正在进行之中，正在进行频率相关的响应修正计算。.. 三、分别研究了利用连续小波变换方法和粒子滤波/平滑算法对前景信号进行扣除的可能性、可行性以及扣除效果。我们分别基于连续小波变换和粒子滤波/平滑算法提出了两种在射电频谱空间对宇宙再电离21厘米信号前景辐射进行扣除的算法。经过测试，我们发现两种方法均表现出较好的适应性、数值稳定性以及较好的前景扣除效果。基于连续小波变换的前景扣除算法的研究已经整理为论文并发表在Astrophysical Journal期刊上，基于粒子滤波/平滑算法的前景扣除方法的研究目前已经投稿至Astrophysical Journal期刊。