宇宙マイクロ波背景放射偏光観測実験「QUIET」によるインフレーション理論の検証

利用宇宙微波背景偏振观测实验“QUIET”验证暴胀理论

基本信息

批准号：
09J04154
负责人：
茅根裕司
金额：
$ 0.9万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

QUIET (Q/U Imaging ExperimenT)実験で、宇宙マイクロ波背景放射(CMB)偏光を高精度で測定した。QUIET実験では、CMB偏光B-modeを観測することで、宇宙の極初期に起こったとされる急速膨張(インフレーション)の検証が可能である。QUIET実験は、チリ共和国の北部にあるアタカマ砂漠、標高5,080mで観測を行っており、この世界で最もCMB観測に適した場所で、2008年10月から2010年12月迄、Q-band及びW-band(周波数43GHz帯及び95GHz帯)併せ、延べ10,000時間のデータを取得した。本研究では、Q-band 3,500時間のデータ解析を行い、角度スケール25≦l≦475(l=180度/偏光の角度スケール)にわたりE-mode, B-mode及びEBパワースペクトルを得た。E-modeはファーストピーク周辺で6σの検出レベルであり、これは低周波数帯(<100GHz)で初である。B-modeは有意なシグナルを検出しておらず、これより原始重力波の強度(インフレーション時のエネルギースケールに対応)を表すテンソル・スカラー比の上限、r<2.2(95%C.L.)を得た。これらの結果は先行研究と無矛盾であり、また低周波数帯で最もよい測定である。更に、Q-bandでの銀河系からの前景放射を、数度スケールで世界で初めて検出した。これより、前景放射の影響が最も少ないと考えられるW-bandに於いて、r=0.02レベルまで前景放射の影響を考える必要が無いことを明らかにした。我々の解析、特に較正、時系列、データセレクションは、「Null test」と呼ばれる手法により最適化・検証が、最終的なパワースペクトルの導出前に行われている。同時に系統誤差の推定も行っており、その大きさは統計誤差に比べて十分小さく、r=0.1レベルまで無視できることを確認した。

QUIET（Q/U 成像实验）实验高精度测量了宇宙微波背景辐射（CMB）偏振。在QUIET实验中，通过观察CMB偏振B模式，可以验证据称在宇宙早期发生的快速膨胀（膨胀）。 QUIET实验在全球最适合CMB观测的智利共和国北部阿塔卡马沙漠海拔5,080米处进行观测，共获取了10,000小时的W波段数据（频率 43GHz 频段和 95GHz 频段）。在这项研究中，我们分析了 3,500 小时的 Q 波段数据，并获得了 25≤l≤475 角度范围内的 E 模式、B 模式和 EB 功率谱（l=180 度/偏振角度范围）。 E模式在第一个峰值附近的检测水平为6σ，这是低频段（<100GHz）中的第一个。 B模式没有检测到任何明显的信号，由此我们得到了张量比的上限，r<2.2（95% C.L.），它代表了原初引力波的强度（对应于暴胀时的能量尺度））。这些结果与之前的研究一致，并且最好在低频段进行测量。此外，我们在世界上首次在 Q 波段检测到来自银河系的几度范围的前景辐射。由此，我们明确了在W波段中r=0.02水平以下不需要考虑前景辐射的影响，在该水平上前景辐射的影响被认为是最小的。我们的分析，尤其是校准、时间序列和数据选择，在得出最终功率谱之前，使用一种称为“空测试”的方法进行了优化和验证。同时，我们还估计了系统误差，并确认其幅度与统计误差相比足够小，可以忽略不计，低至r=0.1的水平。