MARC

 008260126s2025        us                              c    eng  d
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■035    ▼a(MiAaPQ)AAI31848358
■040    ▼aMiAaPQ▼cMiAaPQ
■0820  ▼a520
■1001  ▼aTan,  Jianrong.
■24510▼aTowards  a  More  Precise  Cosmology  From  21  cm  Delay  Power  Spectrum  Measurements
■260    ▼a[Sl]▼bUniversity  of  Pennsylvania▼c2025
■260  1▼aAnn  Arbor▼bProQuest  Dissertations  &  Theses▼c2025
■300    ▼a177  p
■500    ▼aSource:  Dissertations  Abstracts  International,  Volume:  86-12,  Section:  B.
■500    ▼aAdvisor:  Aguirre,  James.
■5021  ▼aThesis  (Ph.D.)--University  of  Pennsylvania,  2025.
■520    ▼aThe  Epoch  of  Reionization  (EoR)  is  the  period  when  the  universe  transitioned  from  neutral  to  ionized,  as  the  first  stars  and  galaxies  reionized  the  hydrogen  atoms  in  the  intergalactic  medium.  This  period  is  challenging  to  observe  directly  and  remains  one  of  the  most  exciting  frontiers  in  modern  astrophysics  and  cosmology.The  21  cm  hydrogen  line  arises  from  the  "spin-flip"  transition  in  the  hyperfine  structure  of  hydrogen  atoms,  which  occurs  due  to  differences  in  energy  between  the  two  states  when  the  spins  of  the  electron  and  proton  are  parallel  or  antiparallel.  This  line  serves  as  a  direct  probe  for  tracing  the  distribution  of  neutral  hydrogen  in  the  universe  and  is  a  promising  tool  to  provide  us  with  a  comprehensive  three-dimensional  evolutionary  picture  of  cosmic  reionization.With  various  ongoing  and  upcoming  radio  telescopes  targeting  the  21  cm  signal  from  EoR,  precise  measurements  of  the  21  cm  brightness  temperature  power  spectrum  are  crucial.  The  21  cm  cosmological  signal  suffers  from  contamination  by  much  brighter  foregrounds.  To  address  this,  the  Hydrogen  Epoch  of  Reionization  Array  (HERA)  utilizes  the  delay  spectrum  approach  to  measure  the  power  spectrum,  aiming  for  a  "foreground-avoidance"  strategy.  By  dividing  the  delay  space  into  distinct  "foreground-dominated"  and  "noise-dominated"  regions,  a  unified  error  estimation  pipeline  becomes  essential  for  robust  measurements.As  supporting  material  to  published  HERA  upper  limits,  we  conduct  a  critical  examination  of  different  error  estimation  methodologies  available  for  21  cm  delay  power  spectrum  measurements  in  HERA.  This  involves  synthesizing  analytic  work,  simulations  of  toy  models,  and  tests  on  small  amounts  of  real  data,  and  comparing  results  across  different  methods.  We  find  that  different  error  bar  methodologies,  although  computed  independently,  are  in  good  agreement  with  each  other,  and  also  demonstrate  the  advantage  of  the  methodology  used  for  error  bars  in  the  HERA  public  data  release.The  cosmological  21  cm  signal  is  thought  to  be  unpolarized,  and  the  21  cm  power  spectrum  is  measured  from  the  total  sky  intensity,  specifically  the  Stokes  I  field  of  the  sky.  Due  to  miscalibration  and  instrumental  effects,  polarized  foregrounds  can  leak  into  the  unpolarized  measurement,  a  phenomenon  known  as  "polarization  leakage".  If  we  cannot  disentangle  the  polarized  components,  we  risk  misestimating  the  true  total  intensity,  which  could  hinder  our  ability  to  cleanly  measure  the  EoR  signal.  Addressing  this  issue  requires  fully  polarized  calibration,  which  is  currently  lacking  in  the  HERA  data  processing  pipeline.We  test  the  Smirnov-Tasse  algorithm  to  apply  further  polarized  calibration  to  a  small  part  of  the  HERA-19  commissioning  array  dataset,  significantly  improving  the  characterization  of  polarization  leakage  compared  to  the  original  simple  image-based  calibration.  There  is  still  ample  future  work  needed  to  test  this  method  on  more  recent  HERA  data.With  improvements  in  sensitivity  and  analysis  techniques,  precise  21  cm  measurements  hold  great  potential  for  cosmology.  The  most  important  cosmological  parameter  that  21  cm  observations  can  measure  directly  is  τ  ,  the  Thomson-scattering  optical  depth  of  CMB  photons  due  to  free  electrons  from  reionization.  This  is  one  of  the  six  base  parameters  in  ΛCDM.  However,  in  CMB  measurements,  it  is  degenerate  with  another  important  parameter,  As,  the  amplitude  of  primordial  density  fluctuations,  which  weakens  the  constraints.  The  potential  for  EoR  21  cm  measurements  to  accurately  measure  τ  and  treat  it  as  a  nuisance  parameter  when  extracting  other  cosmological  parameters  from  CMB  is  an  exciting  prospect.We  focus  on  methodologies  for  inferring  τ  from  21  cm  observations.  Previous  works  have  demonstrated  a  method  that  first  forecasts  astrophysical  and  cosmological  parameters  from  the  evolution  of  the  21  cm  power  spectrum,  and  then  runs  a  simulator  to  produce  τ  once  those  underlying  parameters  have  been  determined.  However,  the  path  from  power  spectra  to  τ  is  not  straightforward,  as  it  relies  on  the  specifics  of  intermediate  simulators,  posing  a  risk  of  model-dependent  interpretation.  We  extend  these  works  by  testing  the  consistency  among  various  simulators  in  recovering  τ  from  the  same  mock  data,  which  includes  noise,  redshift  coverage,  and  wave-numbers  appropriate  for  HERA  measurements.  We  also  examine  which  wave-numbers  and  redshifts  contribute  the  most  to  the  constraints  on  τ  ,  enhancing  our  understanding  of  the  connection  between  the  evolution  of  power  spectra  and  τ  .  This  will  help  achieve  more  robust  cosmological  measurements  from  21  cm  data.
■590    ▼aSchool  code:  0175.
■650  4▼aAstronomy
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■653    ▼aCosmology
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■653    ▼aHydrogen  Epoch  of  Reionization  Array
■690    ▼a0606
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■71020▼aUniversity  of  Pennsylvania▼bPhysics  and  Astronomy.
■7730  ▼tDissertations  Abstracts  International▼g86-12B.
■790    ▼a0175
■791    ▼aPh.D.
■792    ▼a2025
■793    ▼aEnglish
■85640▼uhttp://www.riss.kr/pdu/ddodLink.do?id=T17356825▼nKERIS▼z이  자료의  원문은  한국교육학술정보원에서  제공합니다.

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