[論文レビュー] Interpretation of the Extragalactic Radio Background

M. D. Seiffert, D. J. Fixsen+9 more|ArXiv.org|Jan 5, 2009

Astronomical Observations and Instrumentation被引用数 19

ひとこと要約

本論文は、ARCADE 2および補足的な調査から得られた絶対的な電波天の上での測定値を分析し、銀河間電波放射を制限する。CMBおよび既知の離散的電波源を超える顕著な残差信号が同定され、スペクトル指数 −2.56±0.04 のパワーロー spectrum で最もよく適合され、1 GHz における振幅は 1.06±0.11 K である。一方、CMBスペクトル歪み（μおよびY_ff）に対して 2σ 上限はそれぞれ μ < 5.8×10⁻⁵ および |Y_ff| < 6.2×10⁻⁵ である。

ABSTRACT

We use absolutely calibrated data between 3 and 90 GHz from the 2006 balloon flight of the ARCADE 2 instrument, along with previous measurements at other frequencies, to constrain models of extragalactic emission. Such emission is a combination of the Cosmic Microwave Background (CMB) monopole, Galactic foreground emission, the integrated contribution of radio emission from external galaxies, any spectral distortions present in the CMB, and any other extragalactic source. After removal of estimates of foreground emission from our own Galaxy, and the estimated contribution of external galaxies, we present fits to a combination of the flat-spectrum CMB and potential spectral distortions in the CMB. We find 2 sigma upper limits to CMB spectral distortions of mu &lt; 5.8 x 10^{-5} and Y_ff &lt; 6.2 x 10^{-5}. We also find a significant detection of a residual signal beyond that which can be explained by the CMB plus the integrated radio emission from galaxies estimated from existing surveys. After subtraction of an estimate of the contribution of discrete radio sources, this unexplained signal is consistent with extragalactic emission in the form of a power law with amplitude 1.06 \pm 0.11 K at 1 GHz and a spectral index of -2.56 \pm 0.04.

研究の動機と目的

• CMB や既知の離散的電波源によって説明されない等方的銀河間電波放射を同定し、その量を測定すること。
• 特に μ および Y_ff 歪みを含む宇宙マイクロ波背景（CMB）のスペクトル歪みに関する制限を強化すること。
• 銀河縁の前景および機器的要因に起因する系誤差に対する、余剰放射信号の頑健性を評価すること。
• 余剰放射が、現在の調査の感度限界以下の未発見の微弱電波源の集団、または代替の天体物理学的メカニズムによって説明可能かどうかを評価すること。

提案手法

• ARCADE 2（3–90 GHz）、FIRAS（1–1000 μm）、および低周波数地上ベースの調査（例：22 MHz から 1.42 GHz）からの絶対校正済みの天の上測定値を取得した。
• 複数の視線方向に沿って、2つの独立した手法を用いて、銀河縁の前景放射のモデル推定値を差し引いた。
• 既存の調査（例：8.4 GHz の Fomalont ら 2002）による源カウントを用いて、離散的電波源の統合寄与を補正した。
• 残差天の信号を、CMB黒体スペクトルとパワーロー成分の組み合わせにフィットさせ、振幅およびスペクトル指数を自由パラメータとした。
• μ および Y_ff を追加のフィットパラメータとして含め、2σ 上限を導出することで、スペクトル歪みを制限した。
• 複数のデータサブセット（例：ARCADE 2 + FIRAS、ARCADE 2 + 低周波数データ）を用いた検出の妥当性を検証することで、結果の頑健性を検証した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 CMB や既知の離散的電波源によって説明できない等方的銀河間電波放射が存在するか？
• RQ2 観測された余剰放射は、標準的なCMBスペクトル歪み（μ や Y_ff）によって説明可能か？
• RQ3 説明できない残差放射のスペクトル形状および振幅は何か？
• RQ4 銀河縁の前景モデル化および機器的系誤差の不確実性に対して、余剰放射の検出はどれほど頑健か？
• RQ5 余剰放射は、現在の調査感度限界以下の未発見の微弱電波源の集団によって生じる可能性があるか？

主な発見

• 3 GHz で、CMB と既知の離散的電波源の寄与の合計を超える顕著な残差電波信号が検出された。
• 説明できない放射は、1 GHz における振幅 1.06±0.11 K およびスペクトル指数 −2.56±0.04 のパワーロースペクトルで最もよく適合された。
• 余剰放射のスペクトル指数は、星形成銀河に関連する微弱で拡散的な電波源の予想される −2.7 とは顕著に平坦である。
• CMBスペクトル歪みに対する2σ上界は μ < 5.8×10⁻⁵ および |Y_ff| < 6.2×10⁻⁵ であり、以前のFIRASに基づく限界を改善した。
• ARCADE 2 + FIRAS、ARCADE 2 + 低周波数データ、FIRAS + 低周波数データの3つのデータサブセットのうち任意の2つを用いた場合、3σ以上で余剰放射が強く検出された。
• 未発見の源の集団が放射を説明するには、0.75 μJy の電源密度で1平方弧分あたり1100個を超える表面密度を要するが、これは既知の源カウントの外挿から予想される値の100倍以上高い。