宇宙マイクロ波背景放射を用いた原始重力波検証における高次相関関数の解析手法の確立

宇宙微波背景辐射验证原初引力波高阶相关函数分析方法的建立

• 批准号: 22K03682
• 负责人: 並河 俊弥
• 金额: $ 1.5万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03682/
• 关键词: 宇宙マイクロ波背景放射; 重力レンズ; 観測的宇宙論

本課題では、宇宙マイクロ波背景放射 (Cosmic Microwave Background, CMB) 観測で得られる「Bモード」と呼ばれる渦状の偏光パターンの統計解析手法について研究を行う。初年度は、宇宙初期のインフレーションにより生成された原始重力波の観測精度を上げるための手法である delensing に関する研究を行った。ここで delensing とは、原始重力波観測の際にノイズ源となる重力レンズ由来の B モード偏光の寄与を除く手法を指す。特に LiteBIRD を想定し、複数の観測を組み合わせた場合について研究を行った。このとき、各々の観測領域が異なることで delensing の効率が領域ごとに異なり、 原始重力波に対する制限の改善度合は解析的に求められず非自明であった。そこで本年度は、CMB 観測から得られる赤外線背景放射、Euclid, LSST といった将来の銀河サーベイから得られる銀河の数密度分布、さらに地上の CMB 観測である CMB-Stage-4 を想定し、これらをすべて組み合わせた場合に delensing によって原始重力波の制限がどの程度改善するかシミュレーションを用いて求めた。その結果、delensing により重力波の振幅に対して 20% 程度の改善が見込めることを示した。また、LiteBIRD のデータを用いたさいに重力レンズマップを観測することができるため、このシグナルを用いた宇宙論への応用に関しても研究を行った。これらの成果は LiteBIRD コラボレーションの論文として発表される予定である。

在本项目中，我们将研究通过宇宙微波背景（CMB）观测获得的称为“B模式”的螺旋偏振图案的统计分析方法。第一年，我们进行了脱透镜研究，这是一种提高早期宇宙暴胀产生的原初引力波观测精度的方法。这里，去透镜是指消除来自引力透镜的B模式偏振的贡献的方法，B模式偏振是原初引力波观测期间的噪声源。特别是，我们假设了LiteBIRD，并对组合多个观测值的情况进行了研究。此时，由于每个观测区域不同，各个区域的去透镜效率也不同，而且对原初引力波的限制的改善程度无法通过分析确定，并且是不平凡的。因此，今年我们将结合CMB观测获得的红外背景辐射、未来的Euclid和LSST等星系巡天获得的星系数密度分布以及CMB-Stage-4，也就是我们的地基CMB观测。使用模拟来找出脱透镜将在多大程度上改善对原初引力波的约束。结果表明，脱透镜有望将引力波的振幅提高约20%。此外，由于可以使用LiteBIRD数据观测引力透镜图，因此我们还利用该信号进行了宇宙学应用的研究。这些结果将作为 LiteBIRD 合作论文发表。

项目成果

Isotropic cosmic birefringence from early dark energy

• DOI: 10.1103/physrevd.107.l041302
• 发表时间: 2022-09
• 期刊: Physical Review D
• 影响因子: 5
• 作者: Kai Murai;Fumihiro Naokawa;T. Namikawa;E. Komatsu