[論文レビュー] The Sunyaev-Zeldovich Effect as Microwave Foreground and Probe of Cosmology

G. P. Holder, J. E. Carlstrom|arXiv (Cornell University)|Apr 16, 1999

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 2被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、宇宙マイクロ波背景（CMB）実験におけるSunyaev-Zeldovich（SZ）効果が、前景汚染物質としても、宇宙論的プローブとしても果たす役割を調査する。多周波数CMB観測により、SZ信号と一次CMB非一様性を分離可能であり、これによりSZとX線銀河団サーベイを統合した手法で、赤方偏移の関数として高精度な角直径距離の測定が可能となり、宇宙論的制約が得られることを示している。

ABSTRACT

The Sunyaev-Zel'dovich (SZ) effect from clusters of galaxies should yield a significant signal in cosmic microwave background(CMB) experiments at small angular scales ($\ell \ga 1000$). Experiments with sufficient frequency coverage should be able to remove much of this signal in order to recover the primary anisotropy. The SZ signal is interesting in its own right; the amplitude and angular dependence are sensitive to both cosmology and the evolution of the gas. Combining CMB measurements with planned non-targeted SZ surveys could isolate the cosmological effects, providing CMB experiments with a low-redshift test of cosmology as a consistency check. Improvements in the determination of the angular diameter distance as a function of redshift from SZ and X-ray observations of a large sample of clusters will also provide a probe of cosmology.

研究の動機と目的

• Sunyaev-Zeldovich（SZ）効果が小スケールCMB非一様性測定に与える影響を評価すること。
• 銀河団からのSZ信号を、一次CMB非一様性とは独立した宇宙論的プローブとして利用する可能性を評価すること。
• CMBデータと非標的SZサーベイ、X線観測を組み合わせることで、宇宙論的パラメータを分離可能であることを示すこと。
• SZ効果を用いて低赤方偏移領域における宇宙論モデルの整合性をチェックすること。
• SZ信号が宇宙論的パラメータおよび銀河団ガスの進化にどのように依存するかを定量化すること。

提案手法

• 熱的SZ効果を、コンプトンyパラメータで特徴づけられる周波数依存のスペクトル歪みとしてモデル化すること。
• スペクトル差を基に、多周波数CMB実験によりSZ信号と一次CMB非一様性を区別すること。
• 観測されたSZ減退量とX線表面輝度を用いて、YXスケーリング関係を通じて角直径距離を導出すること。
• SZ-X線法を用いた大規模銀河団サンプルから得られる宇宙論的制約を予測すること。
• CMB実験における高ℓ（ℓ ≲ 1000）でのSZ検出の期待されるSN比をシミュレーションすること。
• 宇宙論的パラメータと銀河団ガス物理学との間のデゲネラシーを解析し、宇宙論的情報を分離すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 小スケールCMB実験において、SZ効果はどの程度の前景汚染として顕著か？
• RQ2 多周波数観測を用いることで、SZ効果は一次CMB非一様性と効果的に分離可能か？
• RQ3 X線データと組み合わせた場合、SZ効果はどの程度の独立した宇宙論的制約を提供可能か？
• RQ4 SZおよびX線測定から導かれる角直径距離の赤方偏移依存的変化から、どのような宇宙論的情報が得られるか？
• RQ5 SZ信号の振幅および角度依存性は、宇宙論的パラメータおよび銀河団ガスの進化にどのように依存するか？

主な発見

• 熱的SZ効果は、高温の銀河団プラズマにおける逆コンプトン散乱により、ℓ ≲ 1000の多極数において測定可能な信号をCMB実験に与える。
• 多周波数CMB実験により、SZ前景を効果的に除去でき、一次CMB非一様性の回復が可能となる。
• SZ信号の振幅およびスペクトル形状は、宇宙論的パラメータおよび団内媒体の熱力学的状態に敏感に依存する。
• CMBデータと非標的SZサーベイを組み合わせることで、低赤方偏移領域における宇宙論的モデルの整合性チェックが可能となる。
• SZおよびX線測定による大規模銀河団サンプルの観測により、赤方偏移の関数としての角直径距離の高精度な決定が可能となる。
• YXスケーリング関係（SZ信号対X線表面輝度）は、団質量校正に依存しない、強固な宇宙論的距離測定手法を提供する。