疎性モデリングの宇宙再電離期21cm線観測データ解析への応用

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本研究の目的は宇宙再電離期以前の中性水素原子由来の21cm線観測データの解析を通して、宇宙初期の銀河進化や電離史に制限を与えることである。具体的には、さまざまな統計量を応用して、21cm線観測最大の障害である前景放射の除去を行うことで、21cm線に対する観測的制限を得る。(1) インドの電波望遠鏡であるuGMRTによる低周波電波データの解析を行なった。同時に、相互相関に関する解析ソフトウェアの開発や、電波イメージからパワースペクトルを推定するプログラムの開発を行い、さらに実験のために観測シミュレーションを作成し、実験を行なった。その中で、21cm線観測のもう一つの障害である人工電波の影響が非常に強力であり、丁寧なデータの選別が必要であることがわかった。また、人工電波で汚染されたデータを削除するというプロセスでデータが一部しか利用できないことで、21cm線パワースペクトルの解析や前景放射除去に著しい悪影響があることが判明した。(2) 低周波電波望遠鏡であるEDGESの21cm線の信号観測データの解析を実施した。21cm線モデルと観測に伴う系統誤差、前景放射モデル化のための多項式などさまざまなモデルを組み合わせ、ベイズ統計に基づくスペクトルの解析を行なった。解析の結果が、前景放射モデル観測の誤差や周波数範囲に大きく依存することがわかった。その他、引き続きオーストラリアの電波望遠鏡であるMWA(Murchison Widefield Array)のデータについてさまざまな周波数データの解析を行なっている。最新のデータ較正ソフトウェアからイメージングに至るまでのデータ解析パイプラインを確立した。解析や前景放射除去には引き続き機械学習による方法を実験中であり、今後大規模なデータを解析する準備が整った。