[論文レビュー] Lambda-CDM and the WMAP power spectrum beam profile sensitivity

Utane Sawangwit, T. Shanks|arXiv (Cornell University)|Jun 7, 2010

Cosmology and Gravitation Theories参考文献 5被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、WMAP CMBパワー スペクトルが、特に長距離のパワーロー法側 lob が存在する受信機のビームプロファイルに極めて敏感であることを示している。スタックされた電波源プロファイルの分析を通じて、著者らはWMAPチームが想定したよりも広いビームを同定し、これらの観測と整合するビームプロファイルが、最初の音響ピークを l≈220 から l≈330 にシフトさせることを示している。これにより、Ω_baryon=1 かつ低 H₀ を有する単純な ΛCDM モデルがデータに適合可能になる。

ABSTRACT

We first discuss the sensitivity of the WMAP CMB power spectrum to systematic errors by calculating the raw CMB power spectrum from WMAP data. We find that the power spectrum is surprisingly sensitive to the WMAP radiometer beam profile even at the position of the first acoustic peak on ~1 degree scales. Although the WMAP beam profile core is only 12.6arcmin FWHM at W, there is a long power-law tail to the beam due to side-lobes and this causes significant effects even at the first peak position. We then test the form of the beam-profile used by the WMAP team which is based on observations of Jupiter. We stacked radio source beam profiles as observed in each WMAP band and found that they showed a wider profile in Q, V, W than the Jupiter profile. We have now checked that this is not due to any Eddington or other bias in our sample by showing that the same results are obtained when radio sources are selected at 1.4GHz and that our methods retrieve the Jupiter beam when it is employed in simulations. Finally, we show that the uncertainty in the WMAP beam profile allows the position as well as the amplitude of the first peak to be changed and how this could allow simpler cosmologies than standard Lambda-CDM to fit the CMB data.

研究の動機と目的

• WMAP CMBパワー スペクトルが機器のビームプロファイルの不確実性にどれほど敏感であるかを調査すること。
• 木星からの観測で得られたWMAPのビームプロファイルの妥当性を、独立した電波源データを用いて検証すること。
• ビームプロファイルの不確実性が、Ω_baryon=1 および低 H₀ を有するより単純な宇宙論的モデルがCMBデータに適合可能にする可能性を評価すること。
• ビームプロファイルの不正確さが最初の音響ピークの位置および振幅の解釈に与える影響を検討すること。
• 解像度の低い電波源からの観測で得られたビームプロファイルが、WMAPチームのビームモデルと整合するかどうかを特定すること。

提案手法

• W1 と W2 マップの相互相関を用いて、ビーム効果を分離するため、原始的な WMAP Wバンドパワー スペクトルを再計算する。
• Jupiter から得られたビームプロファイルを用いて「デビーム化」処理を施した後の最終的な WMAP5 スペクトルと、原始スペクトルを比較する。
• 約150〜250個の WMAP5 電波源の位置にCMBデータをスタックし、木星観測とは独立してビームプロファイルを測定する。
• 1.4 GHz で選別された電波源を用いて、エディントンバイアスを除外し、ビーム測定の整合性を確認する。
• 逆設計法として、原始的な W1W2 パワー スペクトルにモデルをフィットさせ、Ω_baryon=1 および低 H₀ を有する理論的モデルを用いる。
• 中央にガウス型ピーク、指数関数的遷移、および約35′付近に大規模なスパイクを持つ「自分で作るビームプロファイル」を構築し、ピークのシフトを再現する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 最初の音響ピークにおいて、特にその詳細なビームプロファイルの形状に、WMAP CMBパワー スペクトルはどれほど敏感であるか？
• RQ2 Qバンド、Vバンド、Wバンドにおいて、木星からの観測で得られたビームプロファイルは、スタックされた未解像化電波源からの測定と整合的か？
• RQ3 電波源データと整合するビームプロファイルは、Ω_baryon=1 および低 H₀ を有する単純な宇宙論的モデルのCMBパワー スペクトルを再現可能か？
• RQ4 ビームの側 lob が、CMBパワー スペクトルの最初の音響ピークの位置および振幅に与える影響は何か？
• RQ5 ビームプロファイルの不確実性が、ΛCDM を必要としない代替の宇宙論がWMAPデータに適合可能にする程度はどの程度か？

主な発見

• 原始的な WMAP Wバンドパワー スペクトルは、最初の音響ピーク（l≈220）において、最終的な WMAP5 スペクトルと比べて約2倍低く、この差の約70％はビームプロファイルの影響によるものである。
• WMAP ビームプロファイルは、12.′6 FWHM の狭いガウス型コアを持つが、長距離のパワーロー法の側 lob が存在し、1°スケールのパワー スペクトルに顕著な影響を及ぼしている。
• Qバンド、Vバンド、Wバンドにおけるスタックされた電波源プロファイルは、木星から得られたビームプロファイルよりも系統的に広く、特に10′〜30′のスケールで顕著である。
• 同じ手法を用いたシミュレーションにより、ソース選択やエディントン効果によるバイアスが生じていないことが確認された。
• 約35′にスパイクを含む「自分で作るビームプロファイル」は、最初のピークを l≈220 から l≈330 にシフトさせることに成功し、Ω_baryon=1 および低 H₀ の宇宙論モデルと一致した。
• DIY ビームを用いた「デビーム化」されたパワー スペクトルは、l>600 において QUAD 実験のデータと広く一致するが、l>1000 では若干の不一致が残存する。