[論文レビュー] Faraday Rotation of the CMB Polarization and Primordial Magnetic Field Properties

Leonardo Campanelli, A. D. Dolgov+2 more|arXiv (Cornell University)|May 21, 2004

Geomagnetism and Paleomagnetism Studies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、宇宙背景放射（CMB）偏光のファラデー回転が、初期宇宙磁場の性質をどのように明らかにするかを調査している。磁場スペクトル指数および相関長に応じたファラデー回転相関関数の角度依存性を導出し、ねじれ成分が寄与しないこと、および高解像度でさえも、相関長が大きくても検出可能な効果を著しく抑制することを示している。

ABSTRACT

Measurements of the Faraday rotation of the CMBR polarization could provide an evidence for the existence of primordial magnetic fields. The Faraday rotation could also allow to study some properties of the latter. In this paper, we calculate angular dependence of the Faraday rotation correlator for different assumptions about the spectral index and correlation length of the magnetic field. We show that the helical part of the magnetic field does not make any contribution to the correlator. We stress the importance of the angular resolution of detector in the Faraday rotation measure, showing that it could severely reduce the effects, even for relatively large magnetic field correlation length.

研究の動機と目的

• CMB偏光のファラデー回転が初期宇宙磁場をどのように探査できるかを評価すること。
• ファラデー回転相関関数の角度依存性が、磁場スペクトル指数および相関長にどのように依存するかを調査すること。
• ねじれ成分がファラデー回転信号に果たす役割を特定すること。
• 検出器の角度分解能が測定可能なファラデー回転効果に与える影響を評価すること。

提案手法

• 指定されたスペクトル指数および相関長を持つ初期宇宙磁場の統計的性質を用いて、ファラデー回転相関関数を計算する。
• 寄与を評価するために、磁場のキラル（ヘリシティ）成分と非キラル成分を区別して分析する。
• 相関関数を配置空間で導出し、その後、調和空間に変換して角度依存性を検討する。
• 有限の角度分解能の効果は、信号をビーム関数で畳み込むことでモデル化し、現実の検出器応答を模擬する。
• 与えられたパワースペクトルを持つガウス確率場として磁場をモデル化するための確率的手法を用いる。
• 異なる磁場パラメータの下で結果を評価し、CMB観測における検出可能なシグネチャを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 初期宇宙磁場のスペクトル指数および相関長に応じて、ファラデー回転相関関数の角度依存性はどのように変化するか？
• RQ2 磁場のねじれ成分はファラデー回転相関関数に寄与するか？
• RQ3 検出器の角度分解能は、測定可能なファラデー回転信号をどの程度抑制するか？
• RQ4 CMB偏光のファラデー回転は、異なる初期宇宙磁場モデルを区別できるか？

主な発見

• 初期宇宙磁場のねじれ成分は、その強度や相関長に関わらず、ファラデー回転相関関数に寄与しない。
• ファラデー回転相関関数は、磁場のスペクトル指数および相関長に依存する特定の角度依存性を示す。
• 相関長が比較的大きな場合でも、角度分解能の制限により、検出可能なファラデー回転信号は著しく抑制される。
• ビームスメアリングによる抑制効果は顕著であり、観測戦略において慎重に考慮する必要がある。