[論文レビュー] Diffuse Microwave Emission Survey

A. Kogut|arXiv (Cornell University)|Jul 19, 1996

Advanced Thermodynamic Systems and Engines被引用数 10

ひとこと要約

Diffuse Microwave Emission Survey (DIMES) は、電波波長で0.1%の精度（0.1 mK）で、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）スペクトルおよび拡散銀河電波放射を測定する宇宙ミッションを提案する。冷温放射計を用い、空の信号を共通の黒体基準源と比較することで、初期宇宙の物理学および銀河間媒体の性質を制約する高精度なスペクトル測定を可能にする。

ABSTRACT

The Diffuse Microwave Emission Survey (DIMES) has been selected for a mission concept study for NASA's New Mission Concepts for Astrophysics program. DIMES will measure the frequency spectrum of the cosmic microwave background and diffuse Galactic foregrounds at centimeter wavelengths to 0.1% precision (0.1 mK), and will map the angular distribution to 20 muK per 6 degree field of view. It consists of a set of narrow-band cryogenic radiometers, each of which compares the signal from the sky to a full-aperture blackbody calibration target. All frequency channels compare the sky to the same blackbody target, with common offset and calibration, so that deviations from a blackbody spectral shape may be determined with maximum precision. Measurements of the CMB spectrum complement CMB anisotropy experiments and provide information on the early universe unobtainable in any other way; even a null detection will place important constraints on the matter content, structure, and evolution of the universe. Centimeter-wavelength measurements of the diffuse Galactic emission fill in a crucial wavelength range and test models of the heat sources, energy balance, and composition of the interstellar medium.

研究の動機と目的

• 電波波長で、CMBの周波数スペクトルおよび拡散銀河前景放射を、前例のない0.1%の精度で測定すること。
• 6度の視野あたり20 muKの感度で、電波放射の角度分布をマッピングすること。
• すべての周波数チャンネルに共通の黒体校正基準を用いることで、黒体挙動からのスペクトルずれを正確に決定すること。
• 高精度なCMBスペクトル測定を通じて、初期宇宙の物質的構成、構造および進化に関する重要な制約を提供すること。
• 拡散銀河系放射の波長カバレッジにおける重要な空白を埋め、銀河間媒体の加熱および組成モデルを検証すること。

提案手法

• 狭帯域の冷温放射計のセットを用いて、空からの電波信号を検出する。
• 全開口の黒体校正基準と空の信号を比較することで、共通のオフセットおよびゲインを用いた絶対校正を可能にする。
• すべての周波数チャンネルに同一の黒体基準を用いることで、系統誤差を最小限に抑え、スペクトル形状の正確性を最大化する。
• 冷温安定化および低雑音検出技術を用いて、スペクトル測定で0.1 mKの感度を達成する。
• スキャン戦略を、角度パワー・スペクトルおよびスペクトル解析に最適化することで、20 muK/6度の視野あたりの感度で天の川をマッピングする。
• 図作成およびデータ提示に psfig マクロを用い、図5はハードコピーとして入手可能である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 電波波長におけるCMBの正確なスペクトル形状は何か？ また、完全な黒体挙動からどれほどずれているか？
• RQ2 高精度なCMBスペクトル測定は、初期宇宙における物質的構成および宇宙論的進化にどのような制約を課すか？
• RQ3 電波波長における拡散銀河系放射の測定は、銀河間媒体の加熱、エネルギーバランス、および組成モデルをどのように改善するか？
• RQ4 1つの黒体基準を用いた共通モード校正は、スペクトル測定における系統誤差をどの程度低減できるか？
• RQ5 1〜100 GHzの周波数帯域における、拡散銀河系前景放射が電波天の川に与える寄与は何か？

主な発見

• DIMESミッション・コンセプトは、電波波長におけるCMBスペクトル測定で0.1%の精度（0.1 mK）を達成し、微細なスペクトル歪みの検出を可能にする。
• すべての周波数チャンネルに共通の黒体校正基準を用いることで、高精度な相対校正が実現され、スペクトル形状の決定における系統誤差が最小限に抑えられる。
• 6度の視野あたり20 muKの角分解能により、大規模な電波放射特徴の詳細なマッピングが可能になる。
• スペクトル歪みがnull（ゼロ）に近い検出結果であっても、初期宇宙モデルおよび宇宙の熱的歴史に関する強い制約が得られる。
• DIMESによる電波波長測定は、拡散銀河系放射の研究における重要な観測的空白を埋め、銀河間媒体のエネルギーバランスの理解を向上させる。
• CMBの異方性実験とは別個のスペクトル情報が得られるため、このミッション・コンセプトはCMB異方性実験を補完する設計となっている。