Probing the Cosmic Dawn and Epoch of Re-ionization with the REACH experiment

通过 REACH 实验探索宇宙黎明和再电离时代

基本信息

  • 批准号:
    EP/Y02916X/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 300.94万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

How did the Universe transition from a mostly empty volume after the Big Bang to a complex realm of stars, galaxies and other celestial objects? This unknown process occurred during the so-called Cosmic Dawn and the Epoch-of-Reionziation. 21-cm radio-cosmology is the field of research promising to unlock the secrets of the infant Universe by studying radio signals from the most abundant element in the Universe: hydrogen. I request funding to assemble a research team to focus on the detection and study of the elusive 21-cm signal from atomic hydrogen using the Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) that I conceived and lead. Radio-interferometers have already placed upper limits on the 21-cm power spectra, while it is the single-antenna experiments, measuring the 21-cm signal averaged across all directions in the sky, the ones that are promising even earlier breakthroughs. The EDGES experiment shook the field in 2018 reporting a cosmological signal twice deeper than expected requiring exotic physics to be explained. This has been contested by several groups amid concerns on the data analysis and potential impact of hardware systematic signals, including recent measurements from the SARAS3 experiment incompatible with the EDGES findings. The contamination from instru- ment systematics is the main bottleneck for "1st generation" 21-cm radio telescopes. Aiming to resolve these concerns, a new experimental approach has emerged over the last 5 years giving birth to a 2nd generation of experiments. REACH is a sky-averaged experiment leading this new wave of instruments, where the focus has shifted to a data-driven hardware and algorithm design focusing on the detection and isolation of instrumental systematic signals. To this end REACH uses a fully Bayesian data pipeline to jointly fit instrument models with models of the sky sig- nals. During this project I will lead the team aiming at a first confident detection and study of the sky-averaged 21-cm line.
宇宙是如何从大爆炸后的一个几乎空无一物的空间转变为一个由恒星、星系和其他天体组成的复杂领域的?这个未知的过程发生在所谓的宇宙黎明和重新统一时期。21厘米射电宇宙学是一个研究领域,通过研究宇宙中最丰富的元素氢的无线电信号,有望解开婴儿宇宙的秘密。我申请资金组建一个研究小组,专注于使用我构思和领导的宇宙氢分析无线电实验(REACH)来探测和研究原子氢的难以捉摸的21厘米信号。无线电干涉仪已经对21厘米功率谱设定了上限,而单天线实验测量了天空中所有方向的平均21厘米信号,这些实验有望在更早的时候取得突破。EDGES实验在2018年震动了该领域,报告了一个比预期深两倍的宇宙学信号,需要解释奇异物理学。这一点受到了几个团体的质疑,他们担心数据分析和硬件系统信号的潜在影响,包括最近SARAS 3实验的测量结果与EDGES的发现不一致。天文系统学的污染是“第一代”21厘米射电望远镜的主要瓶颈。为了解决这些问题,在过去5年中出现了一种新的实验方法,从而产生了第二代实验。REACH是引领这一新浪潮仪器的天空平均实验,重点已经转移到数据驱动的硬件和算法设计,专注于仪器系统信号的检测和隔离。为此,REACH使用完全贝叶斯数据管道来联合拟合仪器模型和天空信号模型。在这个项目中,我将领导团队,目标是第一次有信心地探测和研究天空平均21厘米的线。

项目成果

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    $ 300.94万
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  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 300.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Exploring Cosmic Noon and Cosmic Dawn with JWST Guaranteed Time Observations
利用 JWST 保证时间观测探索宇宙正午和宇宙黎明
  • 批准号:
    RGPAS-2020-00065
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 300.94万
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Accelerator Supplements
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  • 批准号:
    2206766
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 300.94万
  • 项目类别:
    Standard Grant
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