[論文レビュー] B-Mode contamination by synchrotron emission from 3-years WMAP data

E. Carretti, G. Bernardi+1 more|CERN Bulletin|Sep 11, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 138

ひとこと要約

本研究では、3年間のWMAP 22.8-GHz偏光データを用いて、天の上での最も低排出地域を特定し、これらの領域における銀河系シンクロトロン放射が、70 GHzにおけるCMB Bモード信号を、T/S ≈ 10⁻³–10⁻²のテンソル対スカラー比の検出を許容するレベルで汚染することを発見した。結果は、これらの領域が高緯度域に比べて優れたフォアグラウンド環境を提供しており、最小限の微調整でインフレーションモデルの直接的探査が可能であることを示している。

ABSTRACT

We study the contamination of the B-mode of the Cosmic Microwave Background Polarization (CMBP) by Galactic synchrotron in the lowest emission regions of the sky. The 22.8-GHz polarization map of the 3-years WMAP data release is used to identify and analyse such regions. Two areas are selected with signal-to-noise ratio S/N<2 and S/N<3, covering ~16% and ~26% fraction of the sky, respectively. The polarization power spectra of these two areas are dominated by the sky signal on large angular scales (multipoles l < 15), while the noise prevails on degree scales. Angular extrapolations show that the synchrotron emission competes with the CMBP B-mode signal for tensor-to-scalar perturbation power ratio $T/S = 10^{-3}$ -- $10^{-2}$ at 70-GHz in the 16% lowest emission sky (S/N<2 area). These values worsen by a factor ~5 in the S/N<3 region. The novelty is that our estimates regard the whole lowest emission regions and outline a contamination better than that of the whole high Galactic latitude sky found by the WMAP team (T/S>0.3). Such regions allow $T/S \sim 10^{-3}$ to be measured directly which approximately corresponds to the limit imposed by using a sky coverage of 15%. This opens interesting perspectives to investigate the inflationary model space in lowest emission regions.

研究の動機と目的

• 3年間のWMAP 22.8-GHz偏光データを用いて、天の上での最も低銀河系シンクロトロン放射領域を特定すること。
• 70 GHzにおけるCMB Bモード偏光信号に対するこれらの領域におけるシンクロトロン汚染レベルを評価すること。
• 最小微調整インフレーションモデルに関連するT/S < 0.01のプリミティブ重力波の検出が、これらの低放射領域で可能かどうかを評価すること。
• 希少な小面積観測の結果を、低放射の統計的に有意な割合（約16%）の空域に拡張すること。

提案手法

• 22.8-GHz WMAP偏光マップを用いて、S/N < 2およびS/N < 3の領域を特定し、それぞれ約16%および約26%の空域をカバーした。
• 大スケール（ℓ < 15）に注目し、スクリーン信号とノイズを分離するために、これらの領域の偏光パワー スペクトルを計算した。
• 周波数スペクトル指数α = -3.1を用いてシンクロトロン放射の角度パワー則外挿を適用し、保守的な観点からより急な傾きα = -3.5も検証した。
• さまざまなT/S値におけるCMB Bモード信号に対する汚染レベルを比較し、検出可能限界を推定した。
• マップ解析およびパワー スペクトル計算にHEALPixピクセル化とCMBFASTを用いた。
• 結果は、過去の小面積観測およびWMAPチームの高緯度域推定値と整合性があるかを検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 3年間のWMAP 22.8-GHz偏光データを用いて、空域における最も低排出領域を信頼性高く特定できるか？
• RQ2 これらの領域における銀河系シンクロトロン放射が、70 GHzにおけるCMB Bモード信号にどの程度汚染を及えるか？
• RQ3 T/S値が10⁻³–10⁻²にまで到達可能な低放射領域において、フォアグラウンド汚染を考慮しても検出可能か？
• RQ4 WMAPチームが報告した高緯度域全体と比較して、これらの領域における汚染レベルはどの程度か？

主な発見

• S/N < 2の領域（空域の約16%）では、70 GHzにおけるCMB Bモード信号と競合するシンクロトロン汚染が、T/S ≈ 10⁻³–10⁻²の範囲に及ぶ。
• S/N < 3の領域（空域の約26%）では、汚染レベルが約5倍悪化し、検出可能なT/Sは約10⁻²に制限される。
• これらの汚染レベルは、WMAPチームが高緯度域の約75%について報告した水準よりも顕著に低く、T/S > 0.3が問題となる領域とは顕著に異なる。
• Hinshawら（2006年）が報告したより急なスペクトル指数α = -3.5を用いることで、70 GHzにおける汚染は約2.5倍低減され、T/S ≈ 10⁻³–3×10⁻³の検出が可能になる。
• 90 GHzでは、シンクロトロン信号がさらに約4倍低減され、S/N < 2の領域でT/S ≈ 10⁻³–3×10⁻³の検出が可能になる。
• 結果から、約16%の空域を占める最も低放射領域が、CMB Bモード観測に適したフォアグラウンド最適化ターゲットであることが示唆され、T/S ≈ 10⁻³を検出するための感度限界（15%の空域カバー率）と一致する。