[论文解读] The QUIJOTE experiment: project overview and first results

R. T. Génova-Santos, J. A. Rubiño-Martín+51 more|arXiv (Cornell University)|Apr 14, 2015

Astrophysics and Star Formation Studies参考文献 3被引用 14

一句话总结

QUIJOTE实验是在特内里费天文台运行的多频段CMB偏振仪，观测频段为10–40 GHz，旨在以r = 0.05的灵敏度检测原初B模式偏振。首批结果展示了2012年成功实现首次观测，目前正在进行银河系弥漫发射、超新星遗迹（SNRs）和WMAP晕状射电发射的观测，为同步辐射和异常微波发射源提供了偏振约束。

ABSTRACT

QUIJOTE (Q-U-I JOint TEnerife) is a new polarimeter aimed to characterize the polarization of the Cosmic Microwave Background and other Galactic and extragalactic signals at medium and large angular scales in the frequency range 10-40 GHz. The multi-frequency (10-20~GHz) instrument, mounted on the first QUIJOTE telescope, saw first light on November 2012 from the Teide Observatory (2400~m a.s.l). During 2014 the second telescope has been installed at this observatory. A second instrument at 30~GHz will be ready for commissioning at this telescope during summer 2015, and a third additional instrument at 40~GHz is now being developed. These instruments will have nominal sensitivities to detect the B-mode polarization due to the primordial gravitational-wave component if the tensor-to-scalar ratio is larger than r=0.05.

研究动机与目标

• 表征宇宙微波背景（CMB）以及中大尺度银河系/河外信号的偏振特性。
• 以对张量-标量比r > 0.05的灵敏度检测原初引力波产生的B模式偏振。
• 研究前景发射，包括同步辐射、异常微波发射（AME）和极化尘埃，以区分宇宙学信号与天体物理污染源。
• 通过在10–40 GHz频段测量偏振，对B模式探测结果（如BICEP2所声称的）提供独立的多频段验证。
• 绘制北天区的弥漫和点源极化发射，包括SNRs和银河系中心晕状射电发射。

提出的方法

• 实验在特内里费天文台（海拔2400米）使用两台1.5米望远镜，配备在11–19 GHz（MFI）、30 GHz（TGI）和40 GHz（FGI）频段工作的多频段仪器。
• MFI仪器在11、13、17和19 GHz中心频率处设有四个频段，其偏振计对斯托克斯参数I、Q和U敏感。
• 通过每日对Tau A和Cas A等源进行校准，采用扫描策略以监测通量稳定性。
• 数据通过先进的校准和地图生成技术处理，包括点源减除和组分分离，以分离出弥漫极化发射。
• 对G159.6-18.5等源拟合谱谱能量分布（SEDs），采用自由-自由辐射、旋转尘埃、CMB和热尘埃发射模型。
• 从Q和U地图推导出偏振角和强度，利用噪声估计和光束效应进行误差传播。

实验结果

研究问题

• RQ1 QUIJOTE能否在10–40 GHz频段以对r > 0.05的灵敏度检测原初B模式偏振？
• RQ2 在G159.6-18.5等区域，异常微波发射（AME）的偏振特征是什么，与SED模型相比如何？
• RQ3 银河系中心的WMAP晕状射电发射在多大程度上表现出极化的同步辐射，这对其中心起源有何启示？
• RQ4 IC443和3C58等SNRs在11–19 GHz频段的偏振特性如何演化，是否与同步辐射模型一致？
• RQ5 在QUIJOTE频段，校准源如Tau A的通量和偏振的长期变化如何？

主要发现

• QUIJOTE MFI仪器于2012年11月实现首次观测，已进入常规观测阶段，对G159.6-18.5累计获取465小时数据，可能使AME的上限灵敏度比以往测量提高五倍。
• 在扇形区域，共获取251小时数据覆盖380 deg²，使对l ≈ 140°, b ≈ 6°处弥漫极化发射的详细研究成为可能，结果与本地同步辐射发射一致。
• IC443在11 GHz和13 GHz的偏振图显示偏振度较弱，偏振角分别为-49.8° ± 19.5°和-55.7° ± 12.0°，与WMAP 23 GHz数据（γ_WMAP = -31.7° ± 5.7°）一致。
• 对银河系中心区域累计获取406小时数据，揭示QUIJOTE在11 GHz和13 GHz的极化结构与WMAP 23 GHz地图之间存在明显相关性，支持晕状射电中存在极化同步辐射。
• 对Tau A的观测达204小时（631次扫描），显示通量呈长期下降趋势，对QUIJOTE频段的通量校准稳定性具有影响。
• 实验已获得2015A周期4小时的VLA观测时间，用于在深场巡天区域观测30–40 GHz源，实现点源偏振的跨频段验证。