《低頻射電天空的高精度仿真與微弱天體輻射信號的識別》是依託上海交通大學，由徐海光擔任項目負責人的重點項目。
基本介紹
- 中文名：低頻射電天空的高精度仿真與微弱天體輻射信號的識別
- 項目類別：重點項目
- 項目負責人：徐海光
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在低頻射電波段觀測宇宙黑暗時期和再電離時期是未來10-20年觀測宇宙學最前沿的關鍵突破方向之一。如何在這一新觀測視窗內準確識別和分離強度相差5個量級以上的各層次天體輻射成分，並最終找到來自上述兩個時期高度紅移的極微弱中性氫21cm信號，需統合物理、天文、數學、信號分析與統計學等多學科知識，是當今國際重大課題。面對這一挑戰和機遇，我們建議以上海交大低頻射電理工團隊為基礎，發揮其十年來積累的優勢，開展以下工作，為21世紀第二個十年觀測宇宙學的進步做貢獻，為未來全面開展宇宙再電離和黑暗時期研究提供重要觀測分析手段：（1）基於多波段信息在角分和亞角分尺度上實現高精度低頻射電天空仿真模擬；（2）據此，提出強前景干擾條件下探測效果穩定可靠的微弱信號識別和提取新算法，其有效探測閾值在圖像空間至少達到10-3量級、在頻譜和功率譜空間至少達到10-5量級；（3）將新最佳化算法用於實測數據及相關天體物理研究。
結題摘要
宇宙黑暗時期和再電離時期的中性氫21cm信號經過高度紅移後可在低頻射電視窗被觀測到，但強的宇宙前景噪聲、複雜的射電干涉儀器效應等強幹擾使得21cm信號的直接觀測十分困難，造就了一個跨物理、數學、天文、信號分析等多學科多領域的綜合問題。為實現在低頻射電視窗內準確識別和分離強度高於21cm信號5個量級以上前景輻射成分，解決21cm信號直接觀測中的關鍵問題，我們以上海交大低頻射電天文聯合團隊為基礎開展工作:（1）在角分和亞角分尺度上實現了目前為止精度最高的低頻射電天空仿真，完成了（i）星系團射電暈的精確物理建模；（ii）銀河系軔致輻射的全天模擬；（iii）河外離散射電源的形態學仿真；顯著地提高了此三成分建模的仿真程度。結合儀器效應回響接口將成果以仿真軟體FG21sim的形式開源發布，供天文社區使用。（2）提出了一系列基於機器學習、深度學習架構且效果穩定的微弱信號探測、識別和提取算法，實現了強前景干擾條件下圖像空間3個量級、頻譜和功率譜空間5個量級前景分離的既定目標。（3）根據學科前沿的發展動態，依託平方公里陣列（Square Kilometre Array, SKA）探路者項目21CMA（21 CentiMeter Array）和先導項目MWA（Murchison Widefield Array）開展了低頻射電數字波束合成實驗和大型射電方法中微子探測實驗兩個重要的低頻射電實驗，為中國在未來SKA階段的研究打下基礎、積累關鍵優勢。
