[论文解读] The Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission

Paúl André, Carlo Baccigalupi+98 more|arXiv (Cornell University)|Oct 6, 2013

Superconducting and THz Device Technology被引用 3

一句话总结

PRISM 提出了一项大型天体物理任务，旨在对毫米至远红外波段的全天进行高分辨率、高灵敏度的巡天观测，测量多个频段的辐射强度与偏振特性。该任务旨在实现比 COBE FIRAS 敏感度高出一千倍以上的绝对天空辐射灵敏度，从而对早期宇宙和大尺度结构形成提供变革性洞见。

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

研究动机与目标

• 通过探测从最早时期到现在的遥远宇宙，解决宇宙学中的基本问题。
• 利用全天观测，绘制物质分布、速度流动与宇宙结构在哈勃体积中的分布图。
• 实现绝对天空辐射谱测量，灵敏度超过 COBE FIRAS 三个数量级以上。
• 通过偏振与光谱测量，探索早期宇宙的物理机制，包括暴胀信号与宇宙微波背景。
• 通过跨多个频段的全面、高动态范围天空巡天，为天体物理学与宇宙学开启新科学前沿。

提出的方法

• 利用专为毫米至远红外波段优化的太空望远镜，开展全天巡天。
• 采用大规模高灵敏度探测器阵列，可在多个频段同时测量辐射强度与偏振。
• 利用稳定、低温冷却的仪器平台，最大限度降低热噪声并提升灵敏度。
• 实施先进校准技术，实现前所未有的绝对光谱测量精度。
• 应用多频段成像与光谱分析，分离天体物理前景信号并提取宇宙学信号。
• 利用任务的宽频带覆盖与高动态范围，解析全天范围内的微弱、弥散辐射。

实验结果

研究问题

• RQ1 在毫米至远红外波段，宇宙微波背景在全天范围内的光谱与偏振特性为何？
• RQ2 大尺度速度流动与物质分布如何反映从早期宇宙至今的宇宙结构演化？
• RQ3 在天空的偏振与强度非均匀性中，能否探测到原初暴胀与早期宇宙物理的信号？
• RQ4 如何实现比 COBE FIRAS 灵敏度高出三个数量级以上的天空辐射绝对光谱测量？
• RQ5 通过全天、多频段、偏振敏感的巡天，能否揭示新的天体物理组分或弥散辐射特征？

主要发现

• PRISM 将实现比 COBE FIRAS 灵敏度高出三个数量级以上的绝对天空辐射谱测量。
• 该任务将实现从毫米至远红外波段的全天强度与偏振的全面测绘。
• PRISM 将以前所未有的精度解析宇宙微波背景的光谱与偏振特性，从而对暴胀模型进行详细检验。
• 该任务将提供哈勃体积范围内物质与速度流动分布的高分辨率数据，显著改进对大尺度结构形成约束。
• PRISM 将探测到以往因灵敏度与动态范围限制而无法分辨的微弱、弥散天体物理辐射组分。
• 该任务的多频段、全天覆盖方法将高保真度地分离宇宙学信号与天体物理前景。