[論文レビュー] The QUIJOTE experiment: project overview and first results

R. T. Génova-Santos, J. A. Rubiño-Martín+51 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 3被引用数 14

ひとこと要約

QUIJOTE実験は、テイデ天文台で10–40 GHzで運用される多周波数CMB偏光計で、r = 0.05に達するテンソル対スカラー比の感度を備えて、初期のBモード偏光を検出することを目的としている。初期の結果は2012年に初光を達成したことを示しており、現在も銀河系の拡散放射、超新星残光超新星 (SNR)、およびWMAPのはだし（haze）を観測しており、同期化放射および異常マイクロ波放射源の偏光制約を与えている。

ABSTRACT

QUIJOTE (Q-U-I JOint TEnerife) is a new polarimeter aimed to characterize the polarization of the Cosmic Microwave Background and other Galactic and extragalactic signals at medium and large angular scales in the frequency range 10-40 GHz. The multi-frequency (10-20~GHz) instrument, mounted on the first QUIJOTE telescope, saw first light on November 2012 from the Teide Observatory (2400~m a.s.l). During 2014 the second telescope has been installed at this observatory. A second instrument at 30~GHz will be ready for commissioning at this telescope during summer 2015, and a third additional instrument at 40~GHz is now being developed. These instruments will have nominal sensitivities to detect the B-mode polarization due to the primordial gravitational-wave component if the tensor-to-scalar ratio is larger than r=0.05.

研究の動機と目的

• 中規模および大スケールの宇宙背景放射（CMB）および銀河系・銀河系外信号の偏光を特徴づけること。
• 初期の重力波に起因するBモード偏光を、r > 0.05の感度で検出すること。
• 同期化放射、異常マイクロ波放射（AME）、偏光を持つダストを含む、前景放射を研究し、宇宙論的信号と天体的汚染物質を区別すること。
• BICEP2が主張したようなBモード検出の独立的で多周波数の妥当性を検証することを目的とし、10–40 GHzで偏光を測定すること。
• 北天の拡散および点源の偏光放射をマッピングすること。これにはSNRおよび銀河中心のはだしを含む。

提案手法

• 実験は、標高2400 mのテイデ天文台に設置された2台の1.5メートル望遠鏡を用い、11–19 GHz（MFI）、30 GHz（TGI）、40 GHz（FGI）で動作する多周波数装置を搭載している。
• MFI装置は、11、13、17、19 GHzを中心とする4つの周波数帯を有し、ステークスパラメータI、Q、Uに感度を持つ偏光計を備えている。
• タウAやカシオペアAなどの天体を毎日キャリブレーション対象として用い、輝度安定性をモニタリングするスキャン戦略で観測が行われている。
• データ処理には、点源除去と成分分離を含む高度なキャリブレーションおよびマッピング技術が用いられ、拡散偏光放射を分離している。
• G159.6-18.5のような天体に対して、自由自由放射、回転ダスト、CMB、熱的ダスト放射のモデルを用いてスペクトルエネルギー分布（SED）をフィットしている。
• QおよびUマップから偏光角と強度が導出されており、ノイズ推定値とビーム効果を用いた誤差伝搬が行われている。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 QUIJOTEは10–40 GHzでr > 0.05の感度を有し、初期のBモード偏光を検出可能か？
• RQ2 G159.6-18.5のような領域における異常マイクロ波放射（AME）の偏光シグネチャーは何か？また、SEDモデルと比較するとどうなるか？
• RQ3 銀河中心のWMAPのはだしは、どれほど偏光を持つ同期化放射を示しており、その起源に何を示唆するか？
• RQ4 IC443や3C58のようなSNRの偏光特性は11–19 GHzでどのように変化し、同期化モデルと整合的か？
• RQ5 タウAのようなキャリブレーターサンプルの、QUIJOTE周波数帯における輝度および偏光の時間的変化はどの程度か？

主な発見

• QUIJOTEのMFI装置は2012年11月に初光を達成し、定期的な観測を継続している。G159.6-18.5に対して465時間のデータが取得され、過去の測定に比べて5倍の感度でAMEの上限を評価可能となった。
• ファン領域では、380 deg²の領域に対して251時間のデータが取得され、l ≈ 140°、b ≈ 6°における拡散偏光放射の詳細な研究が可能となり、局所的同期化放射と整合的であることが示された。
• 11および13 GHzでのIC443の偏光マップは、それぞれ-49.8° ± 19.5°および-55.7° ± 12.0°のわずかな偏光を示しており、WMAP 23 GHzデータ（γ_WMAP = -31.7° ± 5.7°）と整合的である。
• 銀河中心領域に対して406時間のデータが取得され、QUIJOTEの11および13 GHzの偏光構造とWMAP 23 GHzマップの間に明確な相関が認められ、はだしに偏光を持つ同期化放射が存在することを支持する。
• タウAに対して204時間（631スキャン）の観測が行われ、輝度の時間的低下が観測され、QUIJOTE周波数帯における輝度キャリブレーションの安定性に影響を与える可能性がある。
• 2015AスケジュールでVLAで4時間の観測時間を確保し、深宇宙調査領域の30–40 GHzの点源を観測することで、点源偏光の周波数間での妥当性を検証できるようになった。