[論文レビュー] Planck intermediate results. LIV. Polarized dust foregrounds

Y. Akrami, M. Ashdown+97 more|arXiv (Cornell University)|Jan 15, 2018

Cosmology and Gravitation Theories被引用数 2

ひとこと要約

本論文は、6つの天域におけるPlanck 353 GHzマップを用いて、宇宙背景放射（CMB）の偏光に対するチリダストの偏光発光を背景として特徴づけた。広角パワー スペクトルの顕著な変動、チリダスト偏光のスペクトル指数βₘ𝒹ᴾ = 1.53 ± 0.02、周波数非相関の証拠なしを確認した。これは、r ≈ 0.01の将来のCMB Bモード検出に対する懸念を軽減する。

ABSTRACT

The study of polarized dust emission has become entwined with the analysis of the cosmic microwave background (CMB) polarization. We use new Planck maps to characterize Galactic dust emission as a foreground to the CMB polarization. We present Planck EE, BB, and TE power spectra of dust polarization at 353 GHz for six nested sky regions covering from 24 to 71 % of the sky. We present power-law fits to the angular power spectra, yielding evidence for statistically significant variations of the exponents over sky regions and a difference between the values for the EE and BB spectra. The TE correlation and E/B power asymmetry extend to low multipoles that were not included in earlier Planck polarization papers. We also report evidence for a positive TB dust signal. Combining data from Planck and WMAP, we determine the amplitudes and spectral energy distributions (SEDs) of polarized foregrounds, including the correlation between dust and synchrotron polarized emission, for the six sky regions as a function of multipole. This quantifies the challenge of the component separation procedure required for detecting the reionization and recombination peaks of primordial CMB B modes. The SED of polarized dust emission is fit well by a single-temperature modified blackbody emission law from 353 GHz to below 70 GHz. For a dust temperature of 19.6 K, the mean spectral index for dust polarization is $\beta_{ m d}^{P} = 1.53\pm0.02 $. By fitting multi-frequency cross-spectra, we examine the correlation of the dust polarization maps across frequency. We find no evidence for decorrelation. If the Planck limit for the largest sky region applies to the smaller sky regions observed by sub-orbital experiments, then decorrelation might not be a problem for CMB experiments aiming at a primordial B-mode detection limit on the tensor-to-scalar ratio $r\simeq0.01$ at the recombination peak.

研究の動機と目的

• 広い天域にわたるCMB Bモード測定における銀河系チリダスト偏光を背景として特徴づけること。
• 353 GHzにおけるチリダスト偏光の角パワー スペクトル（EE、BB、TE）を定量し、異なる天域におけるその変動を評価すること。
• 多周波数データを用いて、353 GHzから70 GHz未満までの偏光チリダスト発光のスペクトルエネルギー分布（SED）を同定すること。
• チリダストとシンクロtron偏光発光の相関関係を評価し、原始的CMB Bモード検出における成分分離の課題を検討すること。
• 周波数非相関が、r ≈ 0.01を標的とするサブオービタルCMB実験の感度に制限を及えるかどうかを検証すること。

提案手法

• 24–71%の天域をカバーする6つのネストされた天域にわたる高感度のPlanck 353 GHzマップを用いたチリダスト偏光の作成。
• 各天域におけるチリダスト偏光の角パワー スペクトル（EE、BB、TE）を計算し、空間的変動と低多重数領域の挙動を評価。
• パワー・ラウのモデルを角パワー スペクトルにフィットしてスペクトル指数を抽出し、天域間での変動を定量。
• PlanckとWMAPのデータを組み合わせ、353 GHzから70 GHz未満までの周波数範囲における偏光チリダスト発光のスペクトルエネルギー分布（SED）を導出。
• 単一温度の修正黒体モデルをSEDにフィットして、チリダストスペクトル指数βₘ𝒹ᴾと温度を決定。
• 偏光マップの多周波数クロススペクトルを分析し、周波数間の非相関の有無を検証（周波数間で共通の発光法則を仮定）。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 353 GHzにおける偏光チリダスト発光の角パワー スペクトル（EE、BB、TE）は、異なる天域でどのように変動するか？
• RQ2 353 GHzから低い周波数までにわたる偏光チリダスト発光のスペクトルエネルギー分布（SED）は何か？ また、単一温度の修正黒体に従うか？
• RQ3 観測周波数範囲にわたってチリダスト偏光に非相関の証拠があるか？ また、これはCMB実験の原始的Bモードへの感度に影響を与えるか？
• RQ4 EEとBBパワー スペクトルにおけるチリダストスペクトル指数の比較は、成分分離にどのような含意を持つか？
• RQ5 チリダストとシンクロtron偏光発光の相関関係は、原始的CMB Bモード信号の検出をどの程度複雑にするか？

主な発見

• チリダスト偏光の角パワー スペクトルは、353 GHzにおける異なる天域で統計的に有意なスペクトル指数の変動を示した。
• チリダスト偏光のスペクトル指数は、19.6 Kのチリダスト温度でβₘ𝒹ᴾ = 1.53 ± 0.02と測定され、観測周波数範囲全体で一貫していた。
• 偏光チリダストの多周波数クロススペクトルにおいて、周波数非相関の証拠は確認されず、周波数間の外挿が妥当であることを支持した。
• TE相関とE/Bパワーの非対称性は低多重数領域まで延びており、チリダスト背景が大スケールCMB Bモード測定に影響を与える可能性を示唆した。
• TBチリダスト信号が陽性に検出され、温度と偏光の間の非ゼロ相関が存在することを示し、成分分離の際にはこれを考慮する必要がある。
• 顕著な非相関が見られなかったため、最大天域に対するPlanckの限界が、より小さな天域に対しても適用可能であり、r ≈ 0.01の原始的Bモード検出を標的とするサブオービタルCMB実験の主要な懸念を軽減した。