[論文レビュー] The Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission

Paúl André, Carlo Baccigalupi+98 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2013

Superconducting and THz Device Technology被引用数 3

ひとこと要約

PRISMは、ミリメートル〜遠赤外線波長域で、高分解能・高感度の全天スカイサーベイを実施する大規模クラスの宇宙ミッションを提案している。多数の周波数帯で強度と偏光を測定し、宇宙の構造と歴史を、COBE FIRASの1,000倍以上も感度の高い絶対的スカイ放射感度でマッピングすることを目的としており、初期宇宙および大規模構造形成に関する画期的な知見をもたらす。

ABSTRACT

PRISM (Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission) was proposed to ESA in May 2013 as a large-class mission for investigating within the framework of the ESA Cosmic Vision program a set of important scientific questions that require high resolution, high sensitivity, full-sky observations of the sky emission at wavelengths ranging from millimeter-wave to the far-infrared. PRISM's main objective is to explore the distant universe, probing cosmic history from very early times until now as well as the structures, distribution of matter, and velocity flows throughout our Hubble volume. PRISM will survey the full sky in a large number of frequency bands in both intensity and polarization and will measure the absolute spectrum of sky emission more than three orders of magnitude better than COBE FIRAS. The aim of this Extended White Paper is to provide a more detailed overview of the highlights of the new science that will be made possible by PRISM

研究の動機と目的

• 初期の宇宙から現在に至るまでの遠方宇宙を調べることで、宇宙論における根本的問いに答えること。
• 全天空観測を用いて、ハッブル体積全域における物質の分布、速度流れ、および宇宙構造の分布をマッピングすること。
• COBE FIRASの3個桁以上も感度の高い絶対的スカイ放射スペクトル測定を達成すること。
• 偏光およびスペクトル測定を通じて、インフレーションの痕跡や宇宙マイクロ波背景放射の物理学を解明すること。
• 多数の周波数帯域にわたる包括的かつ高ダイナミックレンジのスカイサーベイを提供することで、天体物理学および宇宙論における新しい科学を可能にすること。

提案手法

• ミリメートル〜遠赤外線波長域に最適化された宇宙望遠鏡を用いて、全天空サーベイを実施すること。
• 多数の周波数帯で強度と偏光を測定可能な高感度検出器アレイを採用すること。
• 熱的ノイズを最小限に抑えて感度を最大化するため、安定的かつ冷却された宇宙機搭載プラットフォームを活用すること。
• 絶対スペクトル測定を、未曾有の正確さで達成するための高度なキャリブレーション技術を実装すること。
• 多周波数イメージングおよび分光法を用いて、天体的前景を分離し、宇宙論的信号を抽出すること。
• 広帯域および高ダイナミックレンジを活かし、空の至る所に広がる微弱で拡散的な放射を解明すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミリメートル〜遠赤外線波長域で、全天にわたる宇宙マイクロ波背景の詳細なスペクトル的・偏光的性質は何か？
• RQ2 大規模な速度流れと物質分布は、初期宇宙から現在に至るまでの宇宙構造の進化をどのように追跡するか？
• RQ3 初期宇宙の物理学的特徴、特にインフレーションの痕跡は、空の偏光および強度非均一性からどのように検出可能か？
• RQ4 COBE FIRASの感度を3個桁以上上回る感度で、スカイ放射の絶対スペクトルをどのように測定できるか？
• RQ5 全天空・多周波数・偏光に敏感なサーベイによって、これまで感度およびダイナミックレンジの制限で解明できなかった新しい天体的成分や拡散的放射特徴は何か？

主な発見

• PRISMは、COBE FIRASの感度を3個桁以上上回る絶対的スカイ放射スペクトル測定を達成する。
• ミリメートル〜遠赤外線周波数帯域にわたる、強度と偏光の両方の全天空マッピングが可能になる。
• PRISMは、宇宙マイクロ波背景のスペクトル的および偏光的性質を、未曾有の正確さで解明し、インフレーションモデルの詳細な検証を可能にする。
• ハッブル体積全域における物質および速度流れの分布に関する高分解能データを提供し、大規模構造形成に関する制約を強化する。
• 感度およびダイナミックレンジの制限により、これまで解明できなかった微弱で拡散的な天体的放射成分を検出する。
• 多周波数・全天空アプローチにより、宇宙論的信号と天体的前景を高精度で分離できる。