[論文レビュー] Measurements of Secondary Cosmic Microwave Background Anisotropies with the South Pole Telescope

M. Lueker, Reichardt, C. L.+41 more|Dec 22, 2009

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、南極望遠鏡を用いて、二次的宇宙マイクロ波背景（CMB）の非一様性を測定し、熱的および運動的サニヤエフ＝ゼルドビッチ（tSZおよびkSZ）効果に注目している。ℓ=3000におけるtSZパワーは予想よりも低く、4.2±1.5 μK²であった。これにより、物質パワースペクトル正規化の制約が得られ、𝜎₈=0.773±0.025となった。理論的不確実性が低減されれば、さらに高い精度が得られる可能性がある。

ABSTRACT

We report cosmic microwave background (CMB) power spectrum measurements from the first 100 sq. deg. field observed by the South Pole Telescope (SPT) at 150 and 220 GHz. On angular scales where the primary CMB anisotropy is dominant, ell ~< 3000, the SPT power spectrum is consistent with the standard LambdaCDM cosmology. On smaller scales, we see strong evidence for a point source contribution, consistent with a population of dusty, star-forming galaxies. After we mask bright point sources, anisotropy power on angular scales of 3000 < ell < 9500 is detected with a signal-to-noise > 50 at both frequencies. We combine the 150 and 220 GHz data to remove the majority of the point source power, and use the point source subtracted spectrum to detect Sunyaev-Zel'dovich (SZ) power at 2.6 sigma. At ell=3000, the SZ power in the subtracted bandpowers is 4.2 +/- 1.5 uK^2, which is significantly lower than the power predicted by a fiducial model using WMAP5 cosmological parameters. This discrepancy may suggest that contemporary galaxy cluster models overestimate the thermal pressure of intracluster gas. Alternatively, this result can be interpreted as evidence for lower values of sigma8. When combined with an estimate of the kinetic SZ contribution, the measured SZ amplitude shifts sigma8 from the primary CMB anisotropy derived constraint of 0.794 +/- 0.028 down to 0.773 +/- 0.025. The uncertainty in the constraint on sigma8 from this analysis is dominated by uncertainties in the theoretical modeling required to predict the amplitude of the SZ power spectrum for a given set of cosmological parameters.

研究の動機と目的

• 南極望遠鏡を用いて、熱的および運動的サニヤエフ＝ゼルドビッチ効果による二次的CMB非一様性を測定すること。
• WMAP5宇宙論的パラメータに基づく理論予測と比較して、tSZパワースペクトルの振幅を制約すること。
• SPTデータと大スケールCMB測定を組み合わせることで、物質パワースペクトル正規化𝜎₈の制約を改善すること。
• SZパワースペクトルの振幅および形状に関する理論的不確実性を考慮することで、𝜎₈の制約の不確実性を低減すること。
• 完全なSPT調査データを用いた、今後の高感度kSZおよびレンズ効果測定の基盤を築くこと。

提案手法

• 南極望遠鏡は100 deg²を150および220 GHzで観測し、二次的CMB非一様性を測定した。
• 分析では、ダストを含む星形成銀河（DSFG）の寄与を差し引くことで、tSZおよびkSZパワー スペクトルを分離した。
• kSZ寄与が無視できるものと仮定して、ℓ=3000におけるtSZパワー スペクトルを測定し、4.2±1.5 μK²を得た。
• SPTのtSZパワー スペクトルと、より大きなスケールのCMBデータを統合した共同解析により、𝜎₈を制約した。
• SZパワー スペクトルの振幅および形状に関する理論的不確実性を、保守的な事前分布を用いて取り扱い、𝜎₈の制約を改善した。
• この手法は、SPTの高感度および多周波数能力を活用し、今後のデータでkSZをDSFGおよびtSZ信号から分離するのに有効である。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ℓ=3000における熱的サニヤエフ＝ゼルドビッチ（tSZ）パワー スペクトルの測定振幅は何か？
• RQ2 測定されたtSZパワーは、WMAP5宇宙論的パラメータに基づく理論予測と比べてどう異なるか？
• RQ3 SPTデータとCMBデータを組み合わせることで、物質パワー スペクトル正規化𝜎₈はどの程度制約されるか？
• RQ4 SZパワー スペクトルの理論的不確実性は、𝜎₈の制約精度にどのように影響するか？
• RQ5 完全なSPT調査データは、今後のkSZ効果および再電離歴史に関するどの程度の制約を可能にするか？

主な発見

• ℓ=3000における測定されたtSZパワー スペクトルの振幅は4.2±1.5 μK²であり、WMAP5パラメータを用いた代表的モデルによる予測値8.5 μK²よりも顕著に低い。
• SPTとCMBデータの共同解析により、𝜎₈=0.773±0.025の制約値が得られ、以前の制約と比較して不確実性が1.5%低減された。
• SZパワー スペクトルに関する理論的不確実性がなければ、制約は𝜎₈=0.746±0.017にさらに厳しくなることが示され、標準モデルとの潜在的な矛盾を示唆している。
• 再電離の短いエポックやより高いクラスターフィードバックを含むすべての検討モデルにおいて、予測値と測定値の間の矛盾は継続的に観測された。
• 完全なSPT調査（95、150、220 GHzで2000 deg²以上をカバー予定）により、tSZパワー スペクトルの10σ以上検出が可能となり、kSZをDSFGおよびtSZ寄与から分離できるようになる。
• 全データセットを用いることで、CMBレンズ効果の直接検出、数百分のSZ選択銀河団カタログ、およびこれらの周波数帯における解決および未解決源集団のこれまでで最も広い調査が可能になる。