[논문 리뷰] The Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission

Paúl André, Carlo Baccigalupi외 98명|arXiv (Cornell University)|2013. 10. 06.

Superconducting and THz Device Technology인용 수 3

한 줄 요약

PRISM는 밀리미터에서 원거리 적외선 파장대에서 고해상도, 고감도의 천구 전역 조사와 복사 및 편광 측정을 통해 우주의 구조와 역사를 측정하는 대규모 클래스의 천체사도 임무를 제안한다. 이는 COBE FIRAS보다 1,000배 이상 뛰어난 절대 천구 복사 감도를 제공하여 초기 우주와 대규모 구조 형성에 대한 전환적 통찰을 가능하게 한다.

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

연구 동기 및 목표

• 우주의 초기 시기에서 현재에 이르기까지 먼 우주를 탐사하여 천체론의 근본적 질문들을 해결하기 위해.
• 천구 전역 관측을 통해 허블 부피 전역에서 물질 분포, 속도 흐름 및 우주의 구조 분포를 맵핑하기 위해.
• COBE FIRAS보다 3개 이상의 지수 차수 높은 감도로 절대 천구 복사 스펙트럼 측정을 달성하기 위해.
• 편광 및 스펙트럼 측정을 통해 인플레이션 서명과 우주 마이크로파 배경에 대한 초기 우주 물리학을 탐구하기 위해.
• 다양한 주파수 대역에서 천체물리학 및 천체론의 새로운 과학을 가능하게 하기 위해 다각도의 고다이나믹 레인지 천구 조사 제공하기 위해.

제안 방법

• 밀리미터에서 원거리 적외선 파장대에 최적화된 저공궤도 천체망원경을 사용하여 천구 전역 조사를 수행하기 위해.
• 다양한 주파수 대역에서 강도 및 편광 측정이 가능한 고감도 검출기 대규모 어레이를 활용하기 위해.
• 열 노이즈를 최소화하고 감도를 극대화하기 위해 안정적이고 냉각된 기구 플랫폼을 사용하기 위해.
• 사상적인 정확도로 절대 스펙트럼 측정을 달성하기 위해 고도의 캘리브레이션 기법을 구현하기 위해.
• 다중 주파수 영상 및 분광법을 적용하여 천체물리학적 전경과 우주론적 신호를 분리하기 위해.
• 광범위한 주파수 커버리지와 고다이나믹 레인지 덕분에 천구 전역에서 희미하고 확산된 복사도를 해상할 수 있도록 하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀리미터에서 원거리 적외선 파장대에서 천구 전역에 걸쳐 우주 마이크로파 배경의 세밀한 스펙트럼 및 편광 특성은 무엇인가?
• RQ2 대규모 속도 흐름과 물질 분포는 초기 우주에서 현재에 이르기까지 우주의 구조 진화를 어떻게 반영하는가?
• RQ3 편광 및 강도 이방이성에 의해 탐지 가능한 초기 우주의 인플레이션 및 초기 물리학 서명은 무엇인가?
• RQ4 COBE FIRAS보다 3개 이상의 지수 차수 높은 감도로 천구 복사 스펙트럼을 어떻게 절대 측정할 수 있는가?
• RQ5 전체 천구, 다중 주파수, 편광 민감도 조사로 어떤 새로운 천체물리학적 성분이나 확산 복사 특징이 드러날 수 있는가?

주요 결과

• PRISM는 COBE FIRAS보다 3개 이상의 지수 차수 높은 감도로 절대 천구 복사 스펙트럼 측정을 달성할 것이다.
• 이 임무는 밀리미터에서 원거리 적외선 주파수 범위 전역에서 강도 및 편광을 천구 전역으로 맵핑할 수 있을 것이다.
• PRISM는 우주 마이크로파 배경의 스펙트럼 및 편광 특성을 사상적인 정확도로 해상할 수 있어 인플레이션 모델의 세밀한 검증이 가능해질 것이다.
• 이 임무는 허블 부피 전역에서 물질 및 속도 흐름 분포에 대한 고해상도 데이터를 제공하여 대규모 구조 형성에 대한 제약 조건을 향상시킬 것이다.
• 이미 감도와 다이나믹 레인지 제약으로 인해 해상되지 못했던 희미하고 확산된 천체물리학적 복사 성분을 탐지할 수 있을 것이다.
• 이 임무의 다중 주파수, 천구 전역 접근법은 우주론적 신호와 천체물리학적 전경을 고정밀도로 분리할 수 있을 것이다.