Escuela de astrofísica extra galáctica, Agosto 2010

Observatorio Astronómico Nacional

Análisis de datos de RCF – Sergio Torres9-Ago-2010 1

Notas sobre este material

• Este material fue preparado por Sergio Torres Arzayús para la

Escuela de astrofísica extra galáctica

Observatorio Astronómico Nacional, Bogotá, Colombia

Agosto 9 – 11, 2010

• Parte del material aquí presente fue tomado de otras fuentes, en dicho caso el crédito debido es indicado igual que la referencia para localizar el original

• El autor anima a estudiantes, docentes e investigadores a usar este material en clase, pero el autor no es responsable de abusos que se cometan con el mismo, ni es responsable de violaciones de derechos de autor relacionada con material originado por terceros.

• Prohibida la reproducción total o parcial de este material en cualquier medio sin la autorización expresa del autor

9-Ago-2010 2Copyright (c) 2010 -- OAN y Sergio Torres Arzayus

Análisis de datos

• Instrumentación y datos

• Fuentes de emisión local (“foreground”), la galaxia, calibración

• COBE, WMAP, PLANK

• Análisis de datos

– Herramientas

– Software

• Oportunidades de investigación

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Cosmic Microwave Background Explorer (COBE)

• Plataforma satelital para la observación de la RCF

• Lanzamiento: noviembre 18, 1989

• Instrumentos:– Diffuse Infrared Background Experiment (DIRBE)

• Estudio del fondo de radiación en el infrarrojo

– Differential Microwave Radiometer (DMR) • Observación de las anisotropías en la RCF

– Far Infrared Absolute Spectrophotometer (FIRAS)• Medición del espectro de la RCF

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Explorador del fondo cósmico (COBE)

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DMR

Antenas cónicas (diferenciales) a bordo de COBE para captar la RCF

Frecuencias:31,5 GHz (9,5 mm)53 (5,7)90 (3,3)

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Junio 30, 2001, la sonda Wilkinson (WMAP) es lanzada al espacio para observar la radiación de fondo en el universo

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Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)

• Sonda espacial NASA para medición de alta resolución de la RCF

• Lanzamiento: junio 30, 2001

• Radiómetros diferenciales:– 23 GHz (K1), 33 GHz (Ka1), 2x41 GHz (Q1, Q2), 2x 61 GHz (V1,V2),

4x94 GHz (W1-W4)

• Sensibilidad: 1 millonésima de K

• Resolución angular: ~0.25° (ℓ ~ 1000)

• Orbita: alrededor de punto de Lagrange L2

• Datos y resultados: http://cmbdata.gsfc.nasa.gov/

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Análisis de datos

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TOD MAP Cℓ modelos

Corrección por fuentes puntuales no resueltas (~ν-2.09)Eliminación de fuentes puntualesEliminación de emisión galáctica “mask” 21%

Datos radiométricos(serie temporal)

Datos “pixelizados” Espectro de potencia Física

Maps COBE

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Señal de la galaxia presente en WMAP

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Emisión galáctica - 408 MHz (Haslam, 1982)

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Proyecto GEM en Colombia

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Herramientas

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“Toolbox” en sitio web LAMBDA

•Healpix•CMBFAST•WMAPViewer

http://cmbdata.gsfc.nasa.gov/toolbox/

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Paquete Descripción

Visualizador Healpix para IDL Healpix es el formato en el que vienen escritos los datos del WMAP y del COBE. IDL es un lenguaje para

visualización de datos

NoiseSim Simulador de mapas WMAP de ruido

mcmcViewer Visualizador de cadenas de Markov

Evolve Muestra la evolución de campos escalares durante la inflación

CMB Simulations Simulaciones de mapas de RCF

CMBFast Herramienta para calcular el espectro angular de la RCF dependiendo de los parámetros cosmologicos

CMBEasy Calculo de espectros angulares de la RCF y computo de la función de verosimilitud (likelihood)

CAMB Programa para anisotropías en la RCF

CMBView Visualizador de mapas de RCF en formato Healpix

COMBAT Herramientas de computo para análisis de datos de RCF

CosmoMC Programa de Monte Carlo (Markov Chain) para explorar parámetros cosmológicos

CosmoNet Estimación de parámetros cosmológicos usando redes de neuronas

GLESP Paquete de pixelización de mapas usando polinomios Gauss-Legendre

HEALPix Método de pixelización de datos en la esfera. Los datos de WMAP están escritos usando este esquema.

IGLOO Paquete de pixelización de mapas

MADCAP Herramientas de análisis de datos de RCF

PICO Estimación de parámetros cosmológicos usando algoritmos de aprendizaje

RADPACK Paquete de análisis

RECFAST Software para calcular la historia de reionización del universo

SkyViewer Visualizador de mapas HEALPix

WOMBAT Herramienta para análisis de fondos de microondas

WMAP Likelihood Librería de software usada por el equipo de WMAP para calcular matrices de Fisher y Master y para

calcular el likelihood de varios modelos cosmológicos.

WMAP Effective Frequency

Calculator

Programa que computa las frecuencias efectivas de las cinco bandas de frecuencias usadas en WMAP

CFITSIO Librerias en FORTRAN y C para leer y escribir datos en formato FITS

IDLAstro Librería de rutinas IDL para astronomía

HealpixMétodo para representar datos sobre la esfera

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Healpix

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Investigación (I)

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Efectos locales e instrumentales

[1] New insights into foreground analysis of the WMAP five-year data using FASTICA[2] Foreground influence on primordial non-Gaussianity estimates: needlet analysis of WMAP 5-year data[3] Significant foreground unrelated non-acoustic anisotropy in WMAP 5-year data on the one degree scale (0904.2513)[4] Model Independent Foreground Power Spectrum Estimation using WMAP 5-year Data (0901.1641)[5] Extended Anomalous Foreground Emission in the WMAP 3-Year Data (0712.1038)[6] Foreground contamination of the WMAP CMB maps from the perspective of the matched circle test (astro-ph/0511726)[7] Assessing the effects of foregrounds and sky removal in WMAP (astro-ph/0404567)Instrumental effects (0806.1508)[8] The Doppler shift due to WMAP's spin mimics anisotropies in the cosmic microwave background

Correlaciones con otras bases de datos[9] Revisiting the WMAP - NVSS angular cross correlation. A skeptic view (0909.4294) [10] A Search for X-Ray Reionization Signatures from Cross-Correlation of Wmap and ROSAT Rass Data (0903.1392)[11] Sunyaev-Zel'dovich effect in the Virgo cluster from WMAP and ROSAT data (0804.0432)[12] Cross-correlation of WMAP 3rd year and the SDSS DR4 galaxy survey: new evidence for Dark Energy (astro-ph/0603690)[13] Cross-Correlation analysis of WMAP and EGRET in Wavelet Space (astro-ph/0511550)[14] Correlations Between the WMAP and MAXIMA Cosmic Microwave Background Anisotropy Maps (astro-ph/0308355)[15] The SZ effect contribution to WMAP. A Cross-Correlation between WMAP and ROSAT (astro-ph/0302268)[16] What do WMAP and SDSS really tell about inflation? (0710.1630)

A continuación se enumeran algunos títulos recientes de artículos colocados en el astrophysics preprint archive (http://arxiv.org/archive/astro-ph ). Los artículos están agrupados en 5 secciones de acuerdo al tipo de análisis o estudio. La referencia astro-ph se da para que los estudiantes puedan obtener el articulo del repositorio. Es interesante anotar que una búsqueda por “WMAP” en el repositorio devuelve aproximadamente 400 títulos, la mayoría de ellosrealizados por investigadores en instituciones de todas partes del mundo (no necesariamente miembros del equipo WMAP)

Investigación (II)

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Anomalías y desviaciones de normalidad[17] Non-Gaussianity in WMAP Data Due to the Correlation of CMB Lensing Potential with Secondary Anisotropies (0909.1837)[18] Quasar Feedback from WMAP and SDSS Cross-Correlation (0908.3206)[19] Non-Gaussianity in WMAP 5-year CMB map seen through Needlets (0907.4443)[20] A Measurement of Primordial Non-Gaussianity Using WMAP 5-Year Temperature Skewness Power Spectrum (0907.4051) [21] Testing Gaussianity in the WMAP data of OT foreground reduced map (0907.0527)[22] Non-Gaussian Distribution and Clustering of Hot and Cold Pixels in the WMAP Five-Year Sky (0906.2190)[23] Searching for non-Gaussianity in the WMAP data (0806.3758)[24] The mystery of the WMAP cold spot (0712.1118)[25] Disks in the sky: A reassessment of the WMAP "cold spot" (arXiv:0908.3988)[26] Large scale alignment anomalies of CMB anisotropies: a new test for residuals applied to WMAP 5yr maps (0907.1949)[27] The Hot and Cold Spots in Five-Year WMAP Data (0903.4446)[28] Increasing evidence for hemispherical power asymmetry in the five-year WMAP data (0903.1229)[29] WMAP anomalous signal in the ecliptic plane (0901.4344)

Investigación (III)

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Cosmología y física fundamental[30] Cosmic microwave background with Brans-Dicke gravity II: constraints with the WMAP and SDSS data (0903.0385)[31] Do WMAP data favor neutrino mass and a coupling between Cold Dark Matter and Dark Energy? (0902.2711)[32] Can the WMAP Haze really be a signature of annihilating neutralino dark matter? (0902.0039)[33] A review of the stochastic background of gravitational waves in f(R) gravity with WMAP constrains (0901.1193)[34] Brane inflation revisited after WMAP five-year results (0812.3421)[35] Testing Lorentz Invariance Violation with WMAP Five Year Data (0807.2593)[36] Can a primordial magnetic field originate large-scale anomalies in WMAP data? (0807.1076)[37] Faraday Rotation Limits on a Primordial Magnetic Field from WMAP Five-Year Data (0806.1876)[38] WMAP 5-year constraints on lepton asymmetry and radiation energy density: Implications for Planck (0804.2971)[39] A test of the Poincare dodecahedral space topology hypothesis with the WMAP CMB data (0801.1358)[40] Brane inflation and the WMAP data: a Bayesian analysis (0709.3758)[41] Constraints on CPT violation from WMAP three year polarization data: a wavelet analysis (0705.0810)[42] Coleman-Weinberg Potential In Good Agreement With WMAP (astro-ph/0603830)[43] Constraints on Topological Defects Energy Density from First-Year WMAP Results (astro-ph/0503402)[44] Comparison of SUSY spectrum calculations and impact on the relic density constraints from WMAP (hep-ph/0502079)[45] Reconstructing the Primordial Spectrum from WMAP Data by the Cosmic Inversion Method (astro-ph/0309662) [46] WMAP 5-year constraints on time variation of $\alpha$ and $m_e$ (arXiv:0910.1083)

Re-análisis[47] A full sky, low foreground, high resolution CMB map from WMAP (0807.0773)[48] Signals of Statistical Anisotropy in WMAP Foreground-Cleaned Maps (0811.1639)[49] CMB polarization map derived from the WMAP 5 year data through Harmonic Internal Linear Combination (0810.4008)[50] Genus Topology of the Cosmic Microwave Background from the WMAP 3-Year Data (astro-ph/0610764)[51] A re-analysis of the three-year WMAP temperature power spectrum and likelihood (astro-ph/0606088)[52] The significance of the largest scale CMB fluctuations in WMAP (astro-ph/0307282)[53] The origin of the WMAP quadrupole (http://arxiv.org/abs/1003.1073)