[論文レビュー] Cosmic Microwave Background Observations in the Post-Planck Era

J. B. Peterson, J. E. Carlstrom+6 more|arXiv (Cornell University)|Jul 20, 1999

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

この論文は、プランクミッションの後の宇宙背景放射（CMB）観測の科学的潜在的可能性を概説しており、プランクが全天空の温度マップを最終的に提供するが、今後、高精度のCMB偏光およびアームインチスケール、多周波数観測によって、10^19 GeVまでのエネルギーにおける初期宇宙の物理学、および大規模構造の形成を研究できると強調している。

ABSTRACT

The Microwave Anisotropy Probe and Planck missions will provide low noise maps of the temperature of the cosmic microwave background (CMB). These maps will allow measurement of the power spectrum of the CMB with measurement noise below cosmic variance for l < 1500. It is anticipated that no further all sky CMB temperature observations will be needed after Planck. There are, however, other CMB measurements for which Planck will be not the end but the beginning. Following Planck, precise CMB polarization observations will offer the potential to study physical processes at energies as high as 10^19 GeV. In addition, arcminute scale, multi-frequency observations will allow study of the early phases of the formation of large-scale structure in the universe.

研究の動機と目的

• プランクミッションの完了後に宇宙背景放射（CMB）観測における科学的機会を特定すること。
• 全天空CMB温度マッピングがプランクで完了するが、より深い物理的過程を解明するためにはさらなる観測が不可欠であると主張すること。
• 極めて高いエネルギー域（最大10^19 GeV）における物理学を研究するため、高精度なCMB偏光測定の重要性を強調すること。
• 多周波数、アームインチスケールのCMB観測が、大規模構造形成の初期段階を詳細に研究可能にすることを提言すること。
• プランクミッションの後続CMB研究を、プランクの主なミッション目標を越えた新しい宇宙論のフロンティアとして位置づけること。

提案手法

• CMB温度非均一性を低ノイズでマッピングできるプランクおよびマイクロ波非均一性探査機（MAP）ミッションの予想される能力を分析すること。
• l < 1500の多重極に対してCMBパワースペクトル測定における宇宙分散の理論的・観測的限界を評価すること。
• プランク後のCMB偏光測定が、10^19 GeVまでのエネルギースケールにおける物理学の探査を可能にすると提言すること。
• 初期宇宙の大規模構造形成プロセスを研究するため、高解像度・多周波数観測を推奨すること。
• CMB非均一性および偏光の理論的モデルを用いて、プランク以降の実験の科学的成果を予測すること。
• 温度データと偏光データの相補性が、宇宙論的モデルおよび初期宇宙の物理学を制約する上で有効であることを評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プランクミッションの後、CMB偏光測定から得られる科学的知見は何か？
• RQ2 アームインチスケール、多周波数CMB観測は、大規模構造形成の理解をどのように向上させるか？
• RQ3 10^19 GeVまでのエネルギースケールにおけるCMB非均一性の研究の理論的・観測的潜在可能性は何か？
• RQ4 なぜプランク以降、全天空CMB温度観測は必要とされないのか？その意味は何か？
• RQ5 プランク以降のCMB観測によって探査可能な初期宇宙の主要な物理的プロセスは何か？

主な発見

• プランクミッションは、l < 1500の多重極において、宇宙分散以下の測定ノイズを持つ全天空CMB温度非均一性マップを提供する。
• プランクのデータの包括性と深さから、以降の全天空CMB温度観測は必要とされないと予想される。
• プランク以降のCMB偏光測定は、10^19 GeVに達するエネルギー域における物理的プロセスの研究が可能になる。
• アームインチスケールの高解像度・多周波数CMB観測は、大規模構造形成の初期段階を詳細に研究可能にする。
• プランク以降のCMB研究は、温度マッピングから偏光および高解像度データを用いた基礎物理学および構造形成の探査へと移行する。
• CMB観測の科学的価値は、プランクをはるかに超えて、特に偏光および小スケール非均一性の分野で拡大する。