Abstract
The neutral hydrogen 21 cm line is potentially a very powerful probe of the observable universe, and a number of on-going experiments are trying to detect it at cosmological distances. However, the presence of strong foreground radiations such as the galactic synchrotron radiation, galactic free-free emission and extragalactic radio sources make it a very challenging task. For the design of 21 cm experiments and analysis of their data, simulation is an essential tool, and good sky foreground model is needed. With existing data the whole sky maps are available only in low angular resolutions or for limited patches of sky, which is inadequate in the simulation of these new 21 cm experiments. In this paper, we present the method of constructing a high resolution self-consistent sky model at low frequencies, which incorporates both diffuse foreground and point sources. Our diffuse map is constructed by generating physical foreground components including the galactic synchrotron emission and galactic free-free emission. The point source sample is generated using the actual data from the NRAO VLA Sky Survey (NVSS) and the Sydney University Molonglo Sky Survey (SUMSS) where they are available and complete in flux limit, and mock point sources according to statistical distributions. The entire model is made self-consistent by removing the integrated flux of the point sources from the diffuse map so that this part of radiation is not double counted. We show that with the point sources added, a significant angular power is introduced in the mock sky map, which may be important for foreground subtraction simulations. Our sky maps and point source catalogues are available to download.
Similar content being viewed by others
References
P. Madau, A. Meiksin, and M. J. Rees, Astrophys. J. 475, 429 (1997).
B. Ciardi, and P. Madau, Astrophys. J. 596, 1 (2003).
R. Ghara, T. R. Choudhury, and K. K. Datta, Mon. Not. R. Astron. Soc. 447, 1806 (2015), arXiv: 1406.4157.
T. C. Chang, U. L. Pen, J. B. Peterson, and P. McDonald, Phys. Rev. Lett. 100, 091303 (2008), arXiv: 0709.3672.
Y. Mao, M. Tegmark, M. McQuinn, M. Zaldarriaga, and O. Zahn, Phys. Rev. D 78, 023529 (2008), arXiv: 0802.1710.
A. Loeb, and M. Zaldarriaga, Phys. Rev. Lett. 92, 211301 (2004).
M. P. van Haarlem, M. W. Wise, A. W. Gunst, G. Heald, J. P. McKean, J. W. T. Hessels, A. G. de Bruyn, R. Nijboer, J. Swinbank, R. Fallows, M. Brentjens, A. Nelles, R. Beck, H. Falcke, R. Fender, J. Hörandel, L. V. E. Koopmans, G. Mann, G. Miley, H. Röttgering, B. W. Stappers, R. A. M. J. Wijers, S. Zaroubi, M. van den Akker, A. Alexov, J. Anderson, K. Anderson, A. van Ardenne, M. Arts, A. Asgekar, I. M. Avruch, F. Batejat, L. Bähren, M. E. Bell, M. R. Bell, I. van Bemmel, P. Bennema, M. J. Bentum, G. Bernardi, P. Best, L. Bîrzan, A. Bonafede, A. J. Boonstra, R. Braun, J. Bregman, F. Breitling, R. H. van de Brink, J. Broderick, P. C. Broekema, W. N. Brouw, M. Brüggen, H. R. Butcher, W. van Cappellen, B. Ciardi, T. Coenen, J. Conway, A. Coolen, A. Corstanje, S. Damstra, O. Davies, A. T. Deller, R. J. Dettmar, G. van Diepen, K. Dijkstra, P. Donker, A. Doorduin, J. Dromer, M. Drost, A. van Duin, J. Eislöffel, J. van Enst, C. Ferrari, W. Frieswijk, H. Gankema, M. A. Garrett, F. de Gasperin, M. Gerbers, E. de Geus, J. M. Grießmeier, T. Grit, P. Gruppen, J. P. Hamaker, T. Hassall, M. Hoeft, H. A. Holties, A. Horneffer, A. van der Horst, A. van Houwelingen, A. Huijgen, M. Iacobelli, H. Intema, N. Jackson, V. Jelic, A. de Jong, E. Juette, D. Kant, A. Karastergiou, A. Koers, H. Kollen, V. I. Kondratiev, E. Kooistra, Y. Koopman, A. Koster, M. Kuniyoshi, M. Kramer, G. Kuper, P. Lambropoulos, C. Law, J. van Leeuwen, J. Lemaitre, M. Loose, P. Maat, G. Macario, S. Markoff, J. Masters, R. A. McFadden, D. McKay-Bukowski, H. Meijering, H. Meulman, M. Mevius, E. Middelberg, R. Millenaar, J. C. A. Miller-Jones, R. N. Mohan, J. D. Mol, J. Morawietz, R. Morganti, D. D. Mulcahy, E. Mulder, H. Munk, L. Nieuwenhuis, R. van Nieuwpoort, J. E. Noordam, M. Norden, A. Noutsos, A. R. Offringa, H. Olofsson, A. Omar, E. Orrú, R. Overeem, H. Paas, M. Pandey-Pommier, V. N. Pandey, R. Pizzo, A. Polatidis, D. Rafferty, S. Rawlings, W. Reich, J. P. de Reijer, J. Reitsma, G. A. Renting, P. Riemers, E. Rol, J. W. Romein, J. Roosjen, M. Ruiter, A. Scaife, K. van der Schaaf, B. Scheers, P. Schellart, A. Schoenmakers, G. Schoonderbeek, M. Serylak, A. Shulevski, J. Sluman, O. Smirnov, C. Sobey, H. Spreeuw, M. Steinmetz, C. G. M. Sterks, H. J. Stiepel, K. Stuurwold, M. Tagger, Y. Tang, C. Tasse, I. Thomas, S. Thoudam, M. C. Toribio, B. van der Tol, O. Usov, M. van Veelen, A. J. van der Veen, S. ter Veen, J. P. W. Verbiest, R. Vermeulen, N. Vermaas, C. Vocks, C. Vogt, M. de Vos, E. van der Wal, R. van Weeren, H. Weggemans, P. Weltevrede, S. White, S. J. Wijnholds, T. Wilhelmsson, O. Wucknitz, S. Yatawatta, P. Zarka, A. Zensus, and J. van Zwieten, Astron. Astrophys. 556, A2 (2013), arXiv: 1305.3550.
S. J. Tingay, R. Goeke, J. D. Bowman, D. Emrich, S. M. Ord, D. A. Mitchell, M. F. Morales, T. Booler, B. Crosse, R. B. Wayth, C. J. Lonsdale, S. Tremblay, D. Pallot, T. Colegate, A. Wicenec, N. Kudryavtseva, W. Arcus, D. Barnes, G. Bernardi, F. Briggs, S. Burns, J. D. Bunton, R. J. Cappallo, B. E. Corey, A. Deshpande, L. Desouza, B. M. Gaensler, L. J. Greenhill, P. J. Hall, B. J. Hazelton, D. Herne, J. N. Hewitt, M. Johnston-Hollitt, D. L. Kaplan, J. C. Kasper, B. B. Kincaid, R. Koenig, E. Kratzenberg, M. J. Lynch, B. Mckinley, S. R. Mcwhirter, E. Morgan, D. Oberoi, J. Pathikulangara, T. Prabu, R. A. Remillard, A. E. E. Rogers, A. Roshi, J. E. Salah, R. J. Sault, N. Udaya-Shankar, F. Schlagenhaufer, K. S. Srivani, J. Stevens, R. Subrahmanyan, M. Waterson, R. L. Webster, A. R. Whitney, A. Williams, C. L. Williams, and J. S. B. Wyithe, Publ. Astron. Soc. Aust. 30, e007 (2013), arXiv: 1206.6945.
A. R. Parsons, D. C. Backer, G. S. Foster, M. C. H. Wright, R. F. Bradley, N. E. Gugliucci, C. R. Parashare, E. E. Benoit, J. E. Aguirre, D. C. Jacobs, C. L. Carilli, D. Herne, M. J. Lynch, J. R. Manley, and D. J. Werthimer, Astron. J. 139, 1468 (2010), arXiv: 0904.2334.
D. R. DeBoer, A. R. Parsons, J. E. Aguirre, P. Alexander, Z. S. Ali, A. P. Beardsley, G. Bernardi, J. D. Bowman, R. F. Bradley, C. L. Carilli, C. Cheng, E. L. Acedo, J. S. Dillon, A. Ewall-Wice, G. Fadana, N. Fagnoni, R. Fritz, S. R. Furlanetto, B. Glendenning, B. Greig, J. Grobbelaar, B. J. Hazelton, J. N. Hewitt, J. Hickish, D. C. Jacobs, A. Julius, M. C. Kariseb, S. A. Kohn, T. Lekalake, A. Liu, A. Loots, D. MacMahon, L. Malan, C. Malgas, M. Maree, Z. Martinot, N. Mathison, E. Matsetela, A. Mesinger, M. F. Morales, A. R. Neben, N. Patra, S. Pieterse, J. C. Pober, N. Razavi-Ghods, J. Ringuette, J. Robnett, K. Rosie, R. Sell, C. Smith, A. Syce, M. Tegmark, N. Thyagarajan, P. K. G. Williams, and H. Zheng, Publ. Astronom. Soc. Pacif. 129, 045001 (2017), arXiv: 1606.07473.
X. Chen, Int. J. Mod. Phys. Conf. Ser. 12, 256 (2012), arXiv: 1212.6278.
K. Bandura, G. E. Addison, M. Amiri, J. R. Bond, D. Campbell-Wilson, L. Connor, J.-F. Cliche, G. Davis, M. Deng, N. Denman, M. Dobbs, M. Fandino, K. Gibbs, A. Gilbert, M. Halpern, D. Hanna, A. D. Hincks, G. Hinshaw, C. Höfer, P. Klages, T. L. Landecker, K. Masui, J. M. Parra, L. B. Newburgh, U.-L. Pen, J. B. Peterson, A. Recnik, J. R. Shaw, K. Sigurdson, M. Sitwell, G. Smecher, R. Smegal, K. Vanderlinde, and D. Wiebe, in Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment (CHIME) Pathfinder: Proceedings Volume 9145, Ground-based and Airborne Telescopes V (Montréal, 2014), p. 914522.
M. Huynh, and J. Lazio, arXiv: 1311.4288.
V. Jelić, S. Zaroubi, P. Labropoulos, R. M. Thomas, G. Bernardi, M. A. Brentjens, A. G. de Bruyn, B. Ciardi, G. Harker, L. V. E. Koopmans, V. N. Pandey, J. Schaye, and S. Yatawatta, Mon. Not. R. Astron. Soc. 389, 1319 (2008), arXiv: 0804.1130.
P. A. Shaver, R. A. Windhorst, P. Madau, and A. G. de Bruyn, Astron. Astrophys. 345, 380 (1999).
T. Di Matteo, B. Ciardi, and F. Miniati, Mon. Not. R. Astron. Soc. 355, 1053 (2004).
A. de Oliveira-Costa, M. Tegmark, B. M. Gaensler, J. Jonas, T. L. Landecker, and P. Reich, Mon. Not. R. Astron. Soc. 388, 247 (2008), arXiv: 0802.1525.
A. Liu, and M. Tegmark, Mon. Not. R. Astron. Soc. 419, 3491 (2012), arXiv: 1106.0007.
H. Zheng, M. Tegmark, J. S. Dillon, D. A. Kim, A. Liu, A. R. Neben, J. Jonas, P. Reich, and W. Reich, Mon. Not. R. Astron. Soc. 464, 3486 (2017), arXiv: 1605.04920.
J. R. Shaw, K. Sigurdson, U. L. Pen, A. Stebbins, and M. Sitwell, Astrophys. J. 781, 57 (2014), arXiv: 1302.0327.
J. R. Shaw, K. Sigurdson, M. Sitwell, A. Stebbins, and U. L. Pen, Phys. Rev. D 91, 083514 (2015), arXiv: 1401.2095.
C. G. T. Haslam, C. J. Salter, H. Stoffel, and W. E. Wilson, Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 47, 1 (1982).
A. S. Cohen, W. M. Lane, W. D. Cotton, N. E. Kassim, T. J. W. Lazio, R. A. Perley, J. J. Condon, and W. C. Erickson, Astrophys. J. 134, 1245 (2007), arXiv: 0706.1191.
J. J. Condon, W. D. Cotton, E. W. Greisen, Q. F. Yin, R. A. Perley, G. B. Taylor, and J. J. Broderick, Astron. J. 115, 1693 (1998).
T. Di Matteo, R. Perna, T. Abel, and M. J. Rees, Astrophys. J. 564, 576 (2002).
M. G. Santos, A. Cooray, and L. Knox, Astrophys. J. 625, 575 (2005).
A. Bonaldi, M. Bonato, V. Galluzzi, I. Harrison, M. Massardi, S. Kay, G. De Zotti, and M. L. Brown, arXiv: 1805.05222.
M. Remazeilles, C. Dickinson, A. J. Banday, M. A. Bigot-Sazy, and T. Ghosh, Mon. Not. R. Astron. Soc. 451, 4311 (2015), arXiv: 1411.3628.
P. Väisänen, E. V. Tollestrup, and G. G. Fazio, Mon. Not. R. Astron. Soc. 325, 1241 (2001).
W. S. Jeong, C. P. Pearson, H. M. Lee, S. Pak, and T. Nakagawa, Mon. Not. R. Astron. Soc. 369, 281 (2006).
J. J. Condon, W. D. Cotton, E. B. Fomalont, K. I. Kellermann, N. Miller, R. A. Perley, D. Scott, T. Vernstrom, and J. V. Wall, Astrophys. J. 758, 23 (2012), arXiv: 1207.2439.
H. S. Murdoch, D. F. Crawford, and D. L. Jauncey, Astrophys. J. 183, 1 (1973).
K. M. Górski, E. Hivon, A. J. Banday, B. D. Wandelt, F. K. Hansen, M. Reinecke, and M. Bartelmann, Astrophys. J. 622, 759 (2005).
J. L. Caswell, Mon. Not. R. Astron. Soc. 177, 601 (1976).
R. S. Roger, C. H. Costain, T. L. Landecker, and C. M. Swerdlyk, Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 137, 7 (1999).
A. E. Guzmán, J. May, H. Alvarez, and K. Maeda, Astron. Astrophys. 525, A138 (2011), arXiv: 1011.4298.
T. L. Landecker, and R. Wielebinski, Aust. J. Phys. Astrophys. Suppl. 16, 1 (1970).
P. Reich, J. C. Testori, and W. Reich, Astron. Astrophys. 376, 861 (2001).
C. Tello, T. Villela, S. Torres, M. Bersanelli, G. F. Smoot, I. S. Ferreira, A. Cingoz, J. Lamb, D. Barbosa, D. Perez-Becker, S. Ricciardi, J. A. Currivan, P. Platania, and D. Maino, in VizieR Online Data Catalog: The 2.3 GHz continuum survey of the GEM project (Tello+, 2013), VizieR On-line Data Catalog: J/A+A/556/A1 (2013).
C. L. Bennett, D. Larson, J. L. Weiland, N. Jarosik, G. Hinshaw, N. Odegard, K. M. Smith, R. S. Hill, B. Gold, M. Halpern, E. Komatsu, M. R. Nolta, L. Page, D. N. Spergel, E. Wollack, J. Dunkley, A. Kogut, M. Limon, S. S. Meyer, G. S. Tucker, and E. L. Wright, Astrophys. J. Suppl. Ser. 208, 20 (2013), arXiv: 1212.5225.
A. W. Strong, I. V. Moskalenko, and V. S. Ptuskin, Annu. Rev. Nucl. Part. Sci. 57, 285 (2007).
M. Ackermann, et al. (Fermi LAT Collaboration), Phys. Rev. D 82, 092004 (2010), arXiv: 1008.3999.
A. W. Strong, E. Orlando, and T. R. Jaffe, Astron. Astrophys. 534, A54 (2011), arXiv: 1108.4822.
G. F. Smoot, arXiv: astro-ph/9801121.
P. Platania, M. Bensadoun, M. Bersanelli, G. De Amici, A. Kogut, S. Levin, D. Maino, and G. F. Smoot, Astrophys. J. 505, 473 (1998).
P. Reich, and W. Reich, Astron. Astrophys. 74, 7 (1988).
J. C. Testori, P. Reich, J. A. Bava, F. R. Colomb, E. E. Hurrel, J. J. Larrarte, W. Reich, and A. J. Sanz, Astron. Astrophys. 368, 1123 (2001).
A. H. Bridle, and J. E. Baldwin, Mon. Not. R. Astron. Soc. 136, 219 (1967).
G. Sironi, and J. Shakeshaft, Mon. Not. R. Astron. Soc. 166, 345 (1974).
A. S. Webster, and J. Shakeshaft, Mon. Not. R. Astron. Soc. 166, 355 (1974).
H. V. Cane, Mon. Not. R. Astron. Soc. 189, 465 (1979).
K. D. Lawson, C. J. Mayer, J. L. Osborne, and M. L. Parkinson, Mon. Not. R. Astron. Soc. 225, 307 (1987).
A. J. Banday, and A. W. Wolfendale, Mon. Not. R. Astron. Soc. 248, 705 (1991).
R. Adam, et al. (Planck Collaboration), Astron. Astrophys. 594, A9 (2016), arXiv: 1502.05956.
J. J. Condon, Astrophys. J. 284, 44 (1984).
C. Jackson, Publ. Astron. Soc. Aust. 22, 36 (2005).
K. I. Kellermann, J. J. Condon, A. E. Kimball, R. A. Perley, and Ivezić, Astrophys. J. 831, 168 (2016), arXiv: 1608.04586.
C. Mancuso, A. Lapi, I. Prandoni, I. Obi, J. Gonzalez-Nuevo, F. Perrotta, A. Bressan, A. Celotti, and L. Danese, Astrophys. J. 842, 95 (2017), arXiv: 1705.06539.
D. C. J. Bock, M. I. Large, and E. M. Sadler, Astron. J. 117, 1578 (1999).
T. Mauch, T. Murphy, H. J. Buttery, J. Curran, R. W. Hunstead, B. Piestrzynski, J. G. Robertson, and E. M. Sadler, Mon. Not. R. Astron. Soc. 342, 1117 (2003).
D. O. Edge, J. R. Shakeshaft, W. B. McAdam, J. E. Baldwin, and S. Archer, Mem. R. Astron. Soc. 68, 37 (1959).
T. J. Pearson, Mon. Not. R. Astron. Soc. 171, 475 (1975).
R. H. Becker, R. L. White, and D. J. Helfand, Astrophys. J. 450, 559 (1995).
D. J. Helfand, R. L. White, and R. H. Becker, Astrophys. J. 801, 26 (2015), arXiv: 1501.01555.
R. A. Overzier, H. J. A. Röttgering, R. B. Rengelink, and R. J. Wilman, Astron. Astrophys. 405, 53 (2003).
B. Mandelbrot, Acade. Sci. Paris Compt. Rendus Ser. Sci. Math. 280, 1551 (1975).
S. Colombi, F. R. Bouchet, and R. Schaeffer, Astrophys. J. Suppl. Ser. 96, 401 (1995).
R. R. Gal, R. R. de Carvalho, P. A. A. Lopes, S. G. Djorgovski, R. J. Brunner, A. Mahabal, and S. C. Odewahn, Astron. J. 125, 2064 (2003).
D. Alonso, A. B. Belloso, F. J. Sanchez, J. Garcia-Bellido, and E. Sanchez, Mon. Not. R. Astron. Soc. 440, 10 (2014), arXiv: 1312.0861.
C. L. Van Eck, M. Haverkorn, M. I. R. Alves, R. Beck, P. Best, E. Carretti, K. T. Chyży, J. S. Farnes, K. Ferriére, M. J. Hardcastle, G. Heald, C. Horellou, M. Iacobelli, V. Jelić, D. D. Mulcahy, S. P. O’Sullivan, I. M. Polderman, W. Reich, C. J. Riseley, H. Röttgering, D. H. F. M. Schnitzeler, T. W. Shimwell, V. Vacca, J. Vink, and G. J. White, Astron. Astrophys. 613, A58 (2018), arXiv: 1801.04467.
V. Jelić, S. Zaroubi, P. Labropoulos, G. Bernardi, A. G. De Bruyn, and L. V. E. Koopmans, Mon. Not. R. Astron. Soc. 409, 1647 (2010), arXiv: 1007.4135.
K. M. B. Asad, L. V. E. Koopmans, V. Jelić, V. N. Pandey, A. Ghosh, F. B. Abdalla, G. Bernardi, M. A. Brentjens, A. G. de Bruyn, S. Bus, B. Ciardi, E. Chapman, S. Daiboo, E. R. Fernandez, G. Harker, I. T. Iliev, H. Jensen, O. Martinez-Rubi, G. Mellema, M. Mevius, A. R. Offringa, A. H. Patil, J. Schaye, R. M. Thomas, S. van der Tol, H. K. Vedantham, S. Yatawatta, and S. Zaroubi, Mon. Not. R. Astron. Soc. 451, 3709 (2015), arXiv: 1503.01644.
K. M. B. Asad, L. V. E. Koopmans, V. Jelić, A. Ghosh, F. B. Abdalla, M. A. Brentjens, A. G. de Bruyn, B. Ciardi, B. K. Gehlot, I. T. Iliev, M. Mevius, V. N. Pandey, S. Yatawatta, and S. Zaroubi, Mon. Not. R. Astron. Soc. 462, 4482 (2016), arXiv: 1604.04534.
C. L. Van Eck, M. Haverkorn, M. I. R. Alves, R. Beck, A. G. de Bruyn, T. Enßlin, J. S. Farnes, K. Ferriére, G. Heald, C. Horellou, A. Horneffer, M. Iacobelli, V. Jelić, I. Martí-Vidal, D. D. Mulcahy, W. Reich, H. J. A. Röttgering, A. M. M. Scaife, D. H. F. M. Schnitzeler, C. Sobey, and S. S. Sridhar, Astron. Astrophys. 597, A98 (2017), arXiv: 1612.00710.
K. M. B. Asad, L. V. E. Koopmans, V. Jelić, A. G. de Bruyn, V. N. Pandey, and B. K. Gehlot, Mon. Not. R. Astron. Soc. 476, 3051 (2018), arXiv: 1706.00875.
M. Spinelli, G. Bernardi, and M. G. Santos, Mon. Not. R. Astron. Soc. 479, 275 (2018), arXiv: 1802.03060.
L. Toffolatti, A. Franceschini, L. Danese, and G. de Zotti, Astron. Astrophys. 184, 7 (1987).
A. Sandage, G. A. Tammann, and A. Yahil, Astrophys. J. 232, 352 (1979).
T. Mauch, and E. M. Sadler, Mon. Not. R. Astron. Soc. 375, 931 (2007).
P. A. R. Ade, et al. (Planck Collaboration), Astron. Astrophys. 594, A13 (2016), arXiv: 1502.01589.
W. Saunders, M. Rowan-Robinson, A. Lawrence, G. Efstathiou, N. Kaiser, R. S. Ellis, and C. S. Frenk, Mon. Not. R. Astron. Soc. 242, 318 (1990).
J. J. Condon, Astrophys. J. 338, 13 (1989).
Author information
Authors and Affiliations
Corresponding author
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Huang, Q., Wu, F. & Chen, X. A high-resolution self-consistent whole sky foreground model. Sci. China Phys. Mech. Astron. 62, 989511 (2019). https://doi.org/10.1007/s11433-018-9333-1
Received:
Accepted:
Published:
DOI: https://doi.org/10.1007/s11433-018-9333-1