• gemini https://aistudio.google.com/prompts/1I17J2uPwgmweTOvhm71XoDkdyn65-2q3
• 1218 seminar paper
• 比较关注 X-ray 观测中的 technique 问题，基本想法是用 forward modeling 替代背景扣除，以提取 X-ray 数据中的 faint extended source（这里比较关注 cluster）的信息

Brief #

• 用 forward modeling 来处理 soft X-ray 观测数据的背景扣除，将观测数据拟合为噪声和信号的叠加
• 噪声主要包括 MW 前景、由无法分辨的 AGN 组成的 CXB 等

Intro #

• 0.1-10 keV soft X-ray 的背景包括
  • 河内的 X-ray 辐射包括 local bubble 和 galactic halo 中热气体产生的韧致辐射，以及 solar wind charge exchange
  • 河外的 X-ray 辐射以 CXB 的形式存在，是遥远 AGN 的不可分辨的辐射叠加
  • 宇宙线和航天器材料相互作用产生的次级粒子或者 X-ray 光子也会被 space telescope 记录下来，其强度有一个和太阳活动有关的 11 年的周期
• 真实的科学信号主要包括 cluster ICM 和 galaxy CGM
• 一般的扣除背景方法包括同次观测中专门拍摄一个 on-chip background 或者在源消失之后对于同一片天区进行长时间拍摄作为背景，总之在时间和空间上和实际观测存在差异
  • 光子数量服从 Poisson 分布，在低计数区域和 Gaussian 有很大差异
    • 用 Cash statistic 替代 chi2 可以解决问题，但是 background 扣除又会变得很困难
    • 另一个办法是用 W-stat（modified Cash statistic），但是又会带来一些分 bin 上的其他问题
• 总之使用前向建模的方法可以规避上面的问题，也就是为每一个背景成分建立一个模型然后和实际观测进行对照，仍然可以使用 Cash statistic 进行统计分析

Data reduction #

• 使用了 Chandra 和 XMM-Newton 的存档数据
• 数据处理包括点源的去除、flare event 的过滤、具有时间依赖的望远镜有效面积的修正等步骤
  • XMM 的点源去除直接用 Chandra 探测到的 list 进行

Modeling #

• galactic X-ray foreground 一般称作 soft X-ray foreground (SFG)
  • Chandra 的 soft X-ray 波段灵敏度很低，这里的做法是基于 eRASS 的背景，用三个热成分（一个代表 local Bubble，另外两个代表 MW）和一个幂律成分（CXB）对背景进行拟合，得到一个全天的 SFG 强度 map
  • 相比之下 XMM 有专门用于 soft X-ray 测量的仪器，并且可以构建更加精细的 SFG model
• CXB 可以用 Chandra 的高分辨率观测去除一部分，之后对更多的没有达到 Chandra 亮度极限的 faint AGN 组成的 CXB 进行建模
• 另外两个 background 的来源是 QPB (Quiescent Particle-induced Background)和 out-of-time (OOT) event
• 最后要加上一个表示信号的 ICM component，具体来说 ICM 由一系列的同心、等温、球对称的 shell 组成

Analysis #

• 主要是介绍对于一个 field 的具体分析流程，将 chap3 中的各种 model 和 handling 组织起来

Example #

• 选取了四个具有代表性的 cluster（包括一个 fiducial case 以及具有高红移、cool-core、merging 等特殊条件的 cluster）进行新旧方法的对比
• 对比结果列在 fig10-13 中

Conclusion #

• 新方法相对旧方法的提升主要出现在高红移、低面亮度的情况下
• 没有考虑 soft proton 的影响
• 新的 X-ray instrument 包括 AXIS 和 new Athena

Thoughts #

• 对于更先进的仪器（比如 eROSITA）仍然适用吗？
• 这样 technique 的文章其实细节不用看特别细致，这篇 paper 里面基本 chap2-3 都是这样的技术细节
• CXB 是否有更加「早期宇宙」的起源？我们可以确认它们就是遥远的 AGN 吗？
• forward modeling 中 model 的误差真的比 background subtraction 的更小吗？是否新方法的提升更多来源于更加仔细的处理和复杂度的增加？

Supplement #

Bremsstrahlung radiation #

• 韧致辐射指的是电子在原子核的电场作用下减速释放出的光子
• ICM 发出的韧致辐射属于 thermal radiation，但是不是黑体辐射
  • 也就是属于粒子热运动的产物，并且温度越高辐射越强，但是谱形状不是黑体辐射谱
  • 核心区别在于 ICM 是光学薄的，不同能量的光子没有机会达到黑体平衡
• 黑体辐射是光子和物质达到热平衡（具有相同温度）的产物，其产生机制也是多样的，free/bound 之间的 2x2 种跃迁产生的光子在光学厚的环境下都可以达到黑体平衡
• 韧致辐射的函数形式如下，在低能端比较平坦，在高能端指数下降
  • 对于固定温度下的电子，有一个对应电子失去所有能量的高能端极限