Evaluación de la técnica de polarimetría inducida por proyección para restringir el espectro de primer plano en la cosmología global de 21 cm

Resumen La detección de la señal cosmológica promediada en el cielo (global) de 21 cm en función de la frecuencia observada proporcionará una herramienta potente para estudiar la ionización y la historia térmica del medio intergaláctico (IGM) en el universo temprano (∼400 millones de años después del big bang). El mayor desafío en los experimentos convencionales de potencia total de 21 cm globales es la eliminación de la emisión de sincrotrón de primer plano (∼10 3 –10 4 K) para revelar la débil señal cosmológica (de decenas a cientos de milikelvins), especialmente porque la suavidad intrínseca del espectro de primer plano se ve alterada por efectos instrumentales. Aunque el equipo de EDGES (Experiment to Detect the Global EoR Signature) ha reportado recientemente un perfil de absorción a 78 MHz en el espectro promediado en el cielo, es necesario confirmar esta detección con un enfoque independiente. El efecto de proyección al observar la emisión anisotrópica de fuentes de primer plano con una antena de campo amplio apuntando al Polo Norte Celeste puede inducir una polarización neta, denominada efecto de polarización inducida por proyección (PIPE, por sus siglas en inglés). Debido a la rotación de la Tierra, las observaciones centradas en la región circumpolar impondrán una modulación celeste dinámica en las formas de onda de la polarización neta que es exclusiva del componente de primer plano. En este estudio, revisamos la viabilidad de implementación y los efectos instrumentales subyacentes de esta nueva técnica basada en polarimetría con simulaciones numéricas detalladas y un instrumento de banco de pruebas, el Cosmic Twilight Polarimeter. Además, exploramos un enfoque de análisis basado en la descomposición en valores singulares para separar los efectos de primer plano e instrumentales de la señal de fondo global de 21 cm utilizando el PIPE modulado por el cielo.