planck!early!results: thepower spectrumof!cib anisotropies · dn/ds: dusty, star-forming galaxies...

24
Planck Early Results: The power spectrum of CIB Anisotropies On behalf of the Planck collabora?on G. Lagache, IAS, France

Upload: others

Post on 15-Aug-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Planck  Early  Results:The  power  spectrum  of  CIB

Anisotropies

On  behalf  of  the  Planck  collabora?on

G.  Lagache,  IAS,  France

Page 2: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Origins  of  CIB  anisotropies

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Extragalac?c-­‐sources  confusion:  our  «  business  »

Spitzer  24  µm Spitzer  160  µm BLAST  500  µm

 Resolved  CIB:  80%  Resolved  CIB:  15%  Resolved  CIB:  <1%

In  the  far-­‐IR,  submm  and  mm:⇒  Maps  of  diffuse  emission:  a  web  of  structures,  characteris?c  of  CIBanisotropies⇒  P(D)  analysis,  stacking  of  known  popula?ons,  angular  power  spectra

Images  from  M.  Béthermin

Page 3: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

CIB  mean  and  anisotropies  redshi]  distribu?ons

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Lagache+2004,  Béthermin+2011

CIB: Shot  Noise:  Sampling  of  a  background  composed  of  a  finitenumber  of  sources

Longer wavelengths probe to higher redshifts

857 545 353 217

Page 4: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Angular  power  spectrum  of  CIB  anisotropies

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

A  white-­‐noise  component  due  to  shot  noise+

A  correlated  component  due  to  spa?al  correla?ons  between  the  sources  of  the  CIB

•  Correlated  anisotropies:•  Expected  to  trace  large-­‐scale  structures•  Probe  the  clustering  proper?es  of  dusty,  star-­‐forming  galaxie•  Constrain  the  rela?onship  between  dusty  galaxies  and  dark  ma`er  distribu?on•  Small  scales:  «  1  halo  »,  Large  scale:  «  2  halos  »

•  Current  measurements  of  correlated  CIB  anisotropies:•  «Low»  redshi]s:  1875  GHz  (Spizter)  and  3000  GHz  (IRIS/IRAS)•  «Mid»  redshi]s:  600,  857,  1200    GHz  (Blast,  SPIRE)•  «High»  redshi]s:  150  and  220  GHz  (ACT,  SPT)

•  Surveys  size,  angular  resolu?on  =>  probe  different  clustering  regimes•  Measurements    equally  consistent  with  an    Halo  Occupa?on  Distribu?on  model,  apower-­‐law  correla?on  func?on  or  a  scale-­‐independent,  linear  bias.

 Grossan+2007,  Lagache+2007,  Viero+2009,  Penin+2011,    Amblard+2010,  Dunkley+2010,  Hall+2010

Page 5: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

The  power  spectrum  of  CIB  anisotropies  with  Planck/HFI

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

•  What  can  bring  Planck:•  At  least  4  frequencies,  857,  545,  353  and  217  GHz•  The  best  measurement  at  large  scales  (θ>5-­‐10  arcmin,  l<2000)•  w.r.t.  SPIRE/SPT-­‐ACT:  high  gain  at  low  l  and  smaller/higher  freq•  Combined  with  IRAS,  measurements  from  «low»  to  «high»  redshi]s  at  l<3000

•  Planck  Early  Paper  (astroph  1101.2028)1)  Selected  fields  and  component  separa?on

=>  Bright  sources  removal,  Galac?c  dust,  CMB2)  Components  of  residual  HFI  maps  power  spectra

=>  Instrumental:  beam,  instrument  noise,=>  Astrophysical:  clustering,  shot  noises=>  Addi?onal  correc?ons  linked  to  CMB  removal

3)  Angular  power  spectrum  es?ma?on4)  Overview  and  comparison  with  previous  works

=>  CIB  mean  and  anisotropies  spectral  energy  distribu?on=>  Comparison  with  SPT  and  Blast=>  Clustering  of  high-­‐z  dusty  galaxies  =>  see  the  presentaMon  by  Olivier  Doré

Page 6: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

The  power  spectrum  of  CIB  anisotropies  with  Planck/HFI

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

•  What  can  bring  Planck:•  At  least  4  frequencies,  857,  545,  353  and  217  GHz•  The  best  measurement  at  large  scales  (θ>5-­‐10  arcmin,  l<2000)•  w.r.t.  SPIRE/SPT-­‐ACT:  high  gain  at  low  l  and  smaller/higher  freq•  Combined  with  IRAS,  measurements  from  «low»  to  «high»  redshi]s  at  l<3000

•  Planck  Early  Paper  (astroph  1101.2028)1)  Selected  fields  and  component  separa?on

=>  Bright  sources  removal,  Galac?c  dust,  CMB2)  Components  of  residual  HFI  maps  power  spectra

=>  Instrumental:  beam,  instrument  noise=>  Astrophysical:  clustering,  shot  noises=>  AddiFonal  correcFons  linked  to  CMB  removal

3)  Angular  power  spectrum  esFmaFon4)  Overview  and  comparison  with  previous  works

=>  CIB  mean  and  anisotropies  spectral  energy  distribu?on=>  Comparison  with  SPT  and  Blast=>  Clustering  of  high-­‐z  dusty  galaxies  =>  see  the  presenta6on  by  Olivier  Doré

Page 7: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

1)  Selected  fields  and  component  separa?on

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

• Two  contaminants:  CMB  (background)  and  Galac?c  dust  (foreground)

• Component  separa?on  based  on  templates  removal

•  Planck/HFI  143  GHz  map  for  the  CMB  (wiener-­‐filtered)

•  HI  GBT  data  for  Galac?c  dust  (MarMn+2011)

• 6  high  Galac?c  la?tude  fields    for  a  total

  of  140  Sq.  Deg.

Very  low  dust  contamina?on

<N(HI)>=  0.7  –  1.8  1020  at/cm2

217 GHz 353 GHz 545 GHz 857 GHz

Page 8: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

1)  Component  separa?on:  removing  galac?c  dust

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

HI: best tracer of dust emission in the diffuse sky• HI data in each field: different velocity components (local, IVC, HVC)

• Model: Planck/HFI at each ν

SP Local IVC 857 GHz from HI 857 GHz HFI

AG IVC HVC 857 GHz from HI 857 GHz HFI

(See astroph 1101.2036)

Page 9: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

1)  Component  separa?on:  residual  power  spectra

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Total Total - CMB Total - CMB - dust

Page 10: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

1)  Component  separa?on:  residual  maps

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Raw maps – CMB– ERCSC point sources

HFI « raw » maps26.4 Sq. Deg.

CIB maps = Raw maps – CMB– ERCSC point sources– Galactic dust

CIB maps @ 10 arcmin

217 GHz 353 GHz 545 GHz 857 GHz

Page 11: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

1)  Component  separa?on:  residual  maps

Page 12: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

2)  Components  of  residual  HFI  maps  power  spectra

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Instrumental components

Beam window FunctionEffective beam computed with:- FICSBell (Hivon+2011)

- one beam- FEBeCoP (Mitra, Gorski+2010):

- one beam per field

Page 13: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

2)  Components  of  residual  HFI  maps  power  spectra

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Instrumental components

Beam window FunctionEffective beam computed with:- FICSBell (Hivon+2011)

- one beam- FEBeCoP (Mitra, Gorski+2010):

- one beam per field

Instrument NoiseJack-Knife difference maps- Ring half 1 and 2- Half focal plane- Survey I and II

Very high S/N

Instrument noise

Page 14: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

2)  Components  of  residual  HFI  maps  power  spectra

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Astrophysical components

Shot Noise:

Scut given by the ERCSC flux limit in our fields

dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005)

Page 15: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

3)  Angular  power  spectrum  es?ma?on

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

• POKER  (Ponthieu,Grain+2011):  Adapta?on  of  the  pseudospectrum  techniquedevelopped  for  CMB  analysis  (MASTER,  Hivon+02)  to  the  flat  sky  approx

• Sta?s?cal  uncertain?es:  Simula?on/Analysis  pipeline:

• Simula?ng  maps  given  an  input  power  spectrum  (CIB,  noise  and  CMB  residual)and  maps  of  dust  template  residuals  (conserva?ve  Gaussian  random  frac?onsof  the  templates).

• Systema?c  errors:  can  introduce  a  bias

• Small  regions  =>  Power  aliasing  from  angular  scales  larger  than  the  size  of  thepatch  (POKER,  zero-­‐padding)

• Imperfect  template  subtrac?on

• Uncertain?es  on  the  beam

=>  A  lot  of  details  in  the  paper  !

Page 16: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Page 17: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Combined  power  spectra

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

x2 106

x1 105

x1 103

Shot  noise:  not  measurable

Cl  shape:Remarkably  similar

Page 18: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Modeling  CIB  power  spectra

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Mean emissivity per comoving unit volume at frequency ν and redshift z:

Computed using the dusty-galaxies evolution model of Béthermin+2011

Power spectrum of galaxies:

Constant bias model:

Halo model and Halo Occupation Distribution:

=> See the presentation by Olivier DoréPénin+2011

Page 19: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

HFI  power  spectra  rule  out  the  constant  bias  model

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Expected shot noiseShot noise if cst bias

Page 20: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Comparison  with  SPT  (ACT)

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

SPT data from Hall+2010

SPT model (linear bias)SPT modeldivided by 2.4

SPT data points are color corrected using the CIB mean spectrum,factor 1.04

PlanckSPT

Page 21: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Combina?on  with  Blast

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

Blast data points are color corrected using the CIB mean spectrum,factors 1.05 at 857 GHz, 0.7 at 545 GHz

Blast data from Viero+2009

PlanckBlast

Blast model

Page 22: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

CIB  mean  and  anisotropies  SED

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

ΔI / I =15%

Page 23: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

Conclusions

Planck  Conference  2011                                                            CIB  anisotropies                                                                                                        G.  Lagache

First measurement of CIB anisotropies with Planckdetecting power from 10’ to 2 degrees at 4 frequencies

217, 353, 545 and 857 GHz thanks to:A  very  good  data  processing  and  instrument  knowledge

An  dedicated  and  accurate  component  separaMonA  excellent  control  of  systemaMc  errors

The  use  of  technics  directly  hinerited  from  CMB  (that’s  new  for  CIB!)A  great  team  and  a  lot  of  hours….

HFI power spectra rule out the constant linear bias model

In our best fit 2-parameters HOD modelAt  l≈2000

Half  of  power  comes  from  z<0.8  at  857  GHz  and  z<0.9  at  545  GHz1/5  and  2/3  come  from  z  >3.5  at  353  GHz  and  217  GHz

SMll  a  lot  to  be  learned…

Page 24: Planck!Early!Results: Thepower spectrumof!CIB Anisotropies · dN/dS: Dusty, star-forming galaxies (Béthermin+2011), Radio galaxies (De Zotti+2005) 3)!Angularpowerspectrum!esmaon

The scientific results that we present today are a product ofthe Planck Collaboration, including individuals from morethan 50 scientific institutes in Europe, the USA and Canada

Planck is a projectof the EuropeanSpace Agency --ESA -- withinstrumentsprovided by twoscientificConsortia fundedby ESA memberstates (inparticular the leadcountries: Franceand Italy) withcontributions fromNASA (USA), andtelescopereflectorsprovided in acollaborationbetween ESA anda scientificConsortium ledand funded byDenmark.