1、Improved CMB map from WMAP data,Liu Hao & Li Ti-Pei,背景简介,威尔金森宇宙微波各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP) 是一颗用来探测微波背景辐射（Cosmic Microwave Back-ground，CMB）各向异性的卫星，于2001年发射升空，2003年发布第一批测量数据，为当代宇宙学带来了巨大的影响。各向异性探测功率谱测量与宇宙学模型的耦合,物理图像,CMB为黑体辐射，基本上各向同性。很小的各向异性：（dT/T0.01%，宇宙学含义）。dI/dT常量。故可通过 dI 来计
2、算dT。WMAP测量的实际上是辐射强度I，但I绝大部分来自CMB的各向同性分量（2.7K），所以WMAP采用差分观测以抵消各向同性分量，达到放大各向异性分量的目的。同时也能在一定程度上降低系统误差。,WMAP 工作频段：23、33、41、61、94 GHz,141度,+,-,探测原理,微波信号,WMAP单次测量的结果简写为：D = T+ - T-但实际上应该是：D = G (du+ - du-) + B数据按时间顺序记录为文件，称为TOD（Time Order Data）TOD需通过校准来确定增益G和基线B。,校准原理,太阳系运动会引发多普勒效应，造成CMB信号的频率偏移。但WMAP并不是一个
3、频率探测器，它记录的是辐射强度。多普勒效应在这里实际上是通过光子能量公式生效的。由WMAP的物理图像有 dI/dT常量，即：即，温度扰动中包含了一个可做为校准源的多普勒分量。该分量可以由WMAP卫星的运动完全确定。比CMB各向异性高12个数量级。,nA,nB,Vi,制图原理,HEALPix球面划分方案首先将球面分成等面积的12份（R=1）将每一份再分成4等份（R=2，R=3）Nside参数：Nside=2RNpix参数：Npix=12(Nside)2该方案优点：每小份具有相同的面积。在各个方向上的一维分辨率十分接近。等纬度特征：所有点位于2Nside 1个纬度环上。可以方便地将二维点阵写成一维
4、序列。对应的一维序列可以简单快速地转换分辨率（如下）。,WMAP记录的是两天线的温度差，但我们真正感兴趣的是CMB温度相对2.73K的偏移在全天的分布。所以有必要将温度差通过制图方法转变成温度偏移的分布图。操作原理：通过迭代逐步求得对温度偏移的估计。首先设全天所有点的温度偏移为0。任取一点P，对涉及P的所有差分观测求和：迭代求解。需要考虑的其它因素：差分数据标志位。卫星多普勒效应。天线非平衡修正。银道面前景隔离。基线重矫正。大量的其它细致修正,制图原理,制图结果,高难度测量：数据的极度浓缩,很小的各向异性：（dT/T0.01%）很高的噪声（S/N1/1000）各种干扰因素几乎都大大强于欲测信号
5、六步数据浓缩：Map-making，多次测量的平均值多年数据累计多波段综合全天球谐函数积分（Ylm ）球谐函数系数的m参数缩并球谐函数系数的l参数并道近千亿次测量最后浓缩到43个有效的功率谱数据（1010:1）,最近工作的背景,我们发现WMAP数据中可能存在两类系统误差。,Two items in the difference:Average temperature in a scan ring (Liu & Li, arxiv: 0809.4160)dN (Li et al., arXiv:0905.0075),重新制图的尝试,磁盘空间需求：原始数据：150 GB左右解开后：200 GB左右
6、预处理后得到的数据：340 GB以上仅为已校准过的非偏振数据若处理偏振数据，则还需要额外的500 600 GB若处理未校准数据，则以上需求全部翻倍不同的制图模式还会带来额外的磁盘空间需求内存需求：单线程单年温度图：37 GB单线程5年温度图：1535 GB多线程：相应翻倍运算时间需求：未优化前：生成全套map需要24年优化后：视运行模式，慢则1520天，快则24天。,制图结果对比,第一个重要结果：四极矩的大幅度下降,1、四极八极耦合消失。2、用cosmic variance解释四极矩的降低变得更加牵强。,第二个重要结果：高阶功率谱显著下降,一眼就能看出的结论：重子物质密度应该有所上升,新的宇宙学参数：和别的实验符合得更好,功率谱和BOOMRANG及前WMAP结果的对比,展望,眼下的我们也许离真正的精确宇宙学尚有相当距离宇宙究竟是怎样的？LCDM模型是否能经受住考验？是否还有未知的新物理？,谢谢！,
