[论文解读] On vector mode contribution to CMB temperature and polarization from local strings

Levon Pogosian, Ira Wasserman+1 more|arXiv (Cornell University)|Apr 6, 2006

Cosmology and Gravitation Theories被引用 22

一句话总结

本文修正了用于计算宇宙弦对CMB温度与极化非均匀性贡献的代码中的关键错误，由于遗漏了一个归一化因子，导致矢量模功率的预测值提高了约8倍。结果，宇宙弦张力的上限被加强至 $ G\mu < 1.8 \times 10^{-7} $（68%置信水平），且来自弦的B模极化信号增强至可能超过E模弱化效应的贡献，使其成为未来CMB实验的重要探测目标。

ABSTRACT

In a recent publication, we used the data from WMAP and SDSS to constrain the primordial perturbations and to predict the B-mode polarization sourced by cosmic string networks. We have been alerted by A. Slosar to the existence of errors in the code we used to calculate the Cosmic Microwave Background anisotropies from cosmic strings. Correcting the errors leads to a significant increase in the vector mode contribution to the CMB temperature and polarization anisotropies as well as an overall renormalization of the various string spectra. In these notes we explain the nature of the errors and discuss their implications for previously published constraints on cosmic strings based on this code. The chief change in our results is that our derived limit for the cosmic string tension is strengthened: Gμ&lt; 1.8 (2.7) * 10^{-7} at 68 (95)% confidence. We also note that the newly-enhanced vector mode contribution produces a greatly-increased amplitude for B-mode polarization in the CMB which could exceed the B-mode power produced by the lensing of primordial E-mode polarization into B-mode polarization.

研究动机与目标

• 识别并修正用于计算宇宙弦对CMB非均匀性贡献的代码中的关键错误。
• 重新评估矢量模功率谱及其对CMB温度与极化（尤其是B模极化）的影响。
• 在修正代码后，重新推导宇宙弦张力与次结构的宇宙学约束。
• 评估修正后谱函数对即将开展的CMB B模实验的潜在影响。

提出的方法

• 在矢量模源函数中发现遗漏了 $ 2\sqrt{2} $ 的归一化因子，该因子在代码处理 $ T_{13} $ 时被错误地省略。
• 使用修正后的归一化重新评估矢量模功率，使TT与BB谱中矢量模贡献的功率提高了8倍。
• 修复了子程序 fderivsv 中紧耦合期间尺度因子时间导数的拼写错误，此前该值被错误设为零。
• 修正了子程序 foutputv 中E模与B模源函数（dve与dvb）中的错误前因子，其值分别错误地小了5倍，并遗漏了2倍因子。
• 使用修正后的代码重新计算了所有由弦源驱动的CMB功率谱，包括标量、矢量与张量贡献。
• 基于更新后的谱函数，重新推导了基准宇宙弦张力与宇宙学约束，并相应调整了新归一化因子。

实验结果

研究问题

• RQ1 原始代码中导致宇宙弦对矢量模贡献被低估的错误本质是什么？
• RQ2 在矢量模源函数中修正归一化因子后，对预测的CMB温度与极化非均匀性有何影响？
• RQ3 在修正代码错误后，宇宙弦张力 $ G\mu $ 的修正上限是多少？
• RQ4 增强的矢量模功率如何影响宇宙弦预测的B模极化振幅？
• RQ5 宇宙弦的B模信号是否可能超过E模弱化效应的B模功率？这对即将开展的CMB实验有何意义？

主要发现

• 由于矢量模源函数中遗漏了 $ 2\sqrt{2} $ 的归一化因子，CMB TT与BB功率谱中的矢量模贡献被低估了约8倍。
• 修正后的基准宇宙弦张力现为 $ G\mu_0 \approx 1.1 \times 10^{-6} $，比先前估计值小了1.8倍。
• 宇宙弦张力的68%置信上限现为 $ G\mu < 1.8 \times 10^{-7} $，显著强于先前估计。
• 由于矢量模功率增强，宇宙弦预测的B模极化信号现为先前报告值的10至20倍。
• 在宇宙学上可行的弦网络参数下，宇宙弦的B模信号可能超过E模弱化效应的B模功率，使其成为主导的原初B模源。
• 此前基于错误谱函数推导的弦次结构（波纹性 $ \alpha_r $）限制现已无效，必须使用修正后的谱函数重新推导。