Efeitos sistemáticos da remoção de primeiro plano em levantamentos de 21 cm da reionização

As observações de 21 cm têm o potencial de revolucionar nossa compreensão do Universo em alto desvio para o vermelho. Embora existam primeiros planos de rádio contínuos extremamente brilhantes nessas frequências, sua suavidade espectral pode ser explorada para permitir uma subtração eficiente do primeiro plano. É bem conhecido que - independentemente de outros efeitos instrumentais - isso remove potência em escalas comparáveis à largura de banda da pesquisa. Investigamos os viéses sistemáticos associados. Mostramos que remover flutuações de linha de visão em grandes escalas se alias em supressão do espectro de potência 3D em uma ampla gama de escalas. Esse viés pode ser tratado marginalizando corretamente sobre pequenos números de onda no espectro de potência 1D; no entanto, o estimador não enviesado terá uma variância inevitavelmente maior. Também mostramos que realizações gaussianas do espectro de potência permitem simulações de Monte Carlo precisas e extremamente rápidas para análise de erro; realizações repetidas do campo totalmente não gaussiano são desnecessárias. Realizamos simulações de máxima verossimilhança de Monte Carlo para remoção de primeiro plano que geram estimativas não enviesadas e de mínima variância do espectro de potência em acordo com estimativas da matriz de Fisher. A remoção do primeiro plano também distorce a função de distribuição de probabilidade (PDF) de 21 cm, reduzindo o contraste entre regiões neutras e ionizadas, com potenciais consequências sérias para os esforços de extrair informações da PDF. Mostramos que é a subtração de modos de grandes escalas que é responsável por essa distorção, e que é menos severa nas fases iniciais da reionização. Pode ser reduzida usando larguras de banda maiores. Nas fases finais da reionização, a identificação das maiores regiões ionizadas (que consistem apenas na emissão de primeiro plano) fornece pontos de calibração que potencialmente permitem a recuperação de modos de grandes escalas. Finalmente, também mostramos que (i) a ampla resposta de frequência da emissão de sincrotrão e livre–livre irá borrar quaisquer características na distribuição de momento dos elétrons e garantir primeiros planos espectralmente suaves e (ii) as linhas de recombinação radioastronômicas extragalácticas devem ser primeiros planos negligenciáveis.