CDS&E: A Bayesian Approach to Detecting the Cosmological 21 cm Epoch of Reionization Signal

CDS

基本信息

  • 批准号:
    1907777
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.48万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-01 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Observations of the cosmic dawn, when the first stars and galaxies formed, are exceedingly challenging, but essential to map the distribution and evolution of structures during this critical period. This project will develop a new technique for studying the properties of these first luminous objects. Extracting information from the data requires precision control of systematic errors and detailed accounting of uncertainties. Cosmic dawn and the associated Epoch of Reionization (EoR), when intergalactic hydrogen was re-ionized by energetic photons from the first luminous sources, are critical turning points in the universe's history. Compared to existing analyses, this work will more clearly distinguish real signals from systematic errors, and should provide an order of magnitude improvement in sensitivity and correspondingly improved constraints on the astrophysics occurring at that time.This award will support the development of interactive, publicly available, online pedagogical resources for training new students in 21 cm cosmology. The resources will consist of five to six short video lectures covering key introductory topics in radio interferometry and 21 cm cosmology. Each video will be accompanied by an interactive exercise using online software developed by the PI. This award will also support the continuation of the Research Experiences for Non-Traditional Undergraduates (RENTU) program at Brown University, which provides in-depth research experiences to non-traditional students, including first-generation college students, veterans, and other resumed-education undergraduates, working closely with them on a case-by-case basis.The planned methods rely on observations of the faint 21 cm line of neutral hydrogen at cosmic distances. This work will incorporate critical new capabilities in a Bayesian analysis pipeline with the level of rigor needed to maximize the scientific returns. The analysis will be applied to data from the Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) and the Murchison Widefield Array (MWA) to produce stringent new limits on the 21 cm signal and yield new constraints on the physics of the cosmic dawn. This is particularly important for understanding the transition from the simple, homogenous early universe revealed by the cosmic microwave background, to the current universe, filled with galaxies, stars, and planets.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
对宇宙黎明的观测,即第一批恒星和星系形成的时刻,是极具挑战性的,但对于绘制这一关键时期结构的分布和演变至关重要。 该项目将开发一种新技术,用于研究这些第一个发光物体的特性。 从数据中提取信息需要对系统误差进行精确控制,并对不确定性进行详细核算。 宇宙黎明和相关的再电离时代(EoR),当星系间的氢被来自第一个光源的高能光子再电离时,是宇宙历史上的关键转折点。 与现有的分析相比,这项工作将更清楚地区分真实的信号与系统误差,并且应该在灵敏度方面提供一个数量级的提高,并相应地改善对当时发生的天体物理学的约束。该奖项将支持开发交互式、公开的在线教学资源,用于培训21厘米宇宙学的新生。 这些资源将包括五至六个简短的视频讲座,涵盖无线电干涉测量和21厘米宇宙学的主要介绍性主题。 每个视频都将附有一个互动练习,使用PI开发的在线软件。 该奖项还将支持布朗大学非传统本科生研究经验(RENTU)计划的延续,该计划为非传统学生提供深入的研究经验,包括第一代大学生,退伍军人和其他恢复教育的本科生,计划中的方法依赖于在宇宙距离上对中性氢的微弱的21厘米线的观测。 这项工作将在贝叶斯分析管道中纳入关键的新能力,并具有最大限度地提高科学回报所需的严格程度。 该分析将应用于氢时代再电离阵列(HERA)和默奇森宽场阵列(MWA)的数据,以产生对21厘米信号的严格新限制,并对宇宙黎明的物理学产生新的约束。 这对于理解从宇宙微波背景辐射揭示的简单、同质的早期宇宙到充满星系、恒星和行星的当前宇宙的转变尤为重要。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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