Sensitivity and foreground modelling for large-scale cosmic microwave background B-mode polarization satellite missions

被引：73
作者：
Remazeilles, M. [1 ]
Dickinson, C. [1 ]
Eriksen, H. K. K. [2 ]
Wehus, I. K. [3 ]
机构：
[1] Univ Manchester, Sch Phys & Astron, Jodrell Bank, Ctr Astrophys, Alan Turing Bldg,Oxford Rd, Manchester M13 9PL, Lancs, England
[2] Univ Oslo, Inst Theoret Astrophys, POB 1029, NO-0315 Oslo, Norway
[3] CALTECH, Jet Prop Lab, 4800 Oak Grove Dr, Pasadena, CA 91109 USA
来源：
MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY | 2016年 / 458卷 / 02期
基金：
欧洲研究理事会;
关键词：
polarization; methods: analytical; cosmic background radiation; diffuse radiation; early Universe; inflation; PROBE WMAP OBSERVATIONS; COMPONENT SEPARATION; EMISSION; RADIATION; SPECTRUM; MAPS; SUBMILLIMETER; IMPACT; TENSOR; RATIO;
D O I：
10.1093/mnras/stw441
中图分类号：
P1 [天文学];
学科分类号：
0704 ;
摘要：
The measurement of the large-scale B-mode polarization in the cosmic microwave background (CMB) is a fundamental goal of future CMB experiments. However, because of unprecedented sensitivity, future CMB experiments will be much more sensitive to any imperfect modelling of the Galactic foreground polarization in the reconstruction of the primordial B-mode signal. We compare the sensitivity to B-modes of different concepts of CMB satellite missions (LiteBIRD, COrE, COrE+, PRISM, EPIC, PIXIE) in the presence of Galactic foregrounds. In particular, we quantify the impact on the tensor-to-scalar parameter of incorrect foreground modelling in the component separation process. Using Bayesian fitting and Gibbs sampling, we perform the separation of the CMB and Galactic foreground B-modes. The recovered CMB B-mode power spectrum is used to compute the likelihood distribution of the tensor-to-scalar ratio. We focus the analysis to the very large angular scales that can be probed only by CMB space missions, i.e. the reionization bump, where primordial B-modes dominate over spurious B-modes induced by gravitational lensing. We find that fitting a single modified blackbody component for thermal dust where the 'real' sky consists of two dust components strongly bias the estimation of the tensor-to-scalar ratio by more than 5 sigma for the most sensitive experiments. Neglecting in the parametric model the curvature of the synchrotron spectral index may bias the estimated tensor-to-scalar ratio by more than 1 sigma. For sensitive CMB experiments, omitting in the foreground modelling a 1 per cent polarized spinning dust component may induce a non-negligible bias in the estimated tensor-to-scalar ratio.
引用
收藏
页码：2032 / 2050
页数：19
相关论文
共 58 条
[1]   Planck 2013 results. XI. All-sky model of thermal dust emission [J].
Abergel, A. ;
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Alves, M. I. R. ;
Aniano, G. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bobin, J. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bridges, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chiang, H. C. ;
Chiang, L. -Y ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clemens, M. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571
[2]   Planck 2015 results X. Diffuse component separation: Foreground maps [J].
Adam, R. ;
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Alves, M. I. R. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Bartolo, N. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chiang, H. C. ;
Christensen, P. R. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 594
[3]   Planck 2015 results IX. Diffuse component separation: CMB maps [J].
Adam, R. ;
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Bartolo, N. ;
Basak, S. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cardoso, J. -F. ;
Casaponsa, B. ;
Castex, G. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R-R. ;
Chiang, H. C. ;
Christensen, P. R. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 594
[4]   Planck intermediate results XXX. The angular power spectrum of polarized dust emission at intermediate and high Galactic latitudes [J].
Adam, R. ;
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Arnaud, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Bartolo, N. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bonaldi, A. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bracco, A. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chiang, H. C. ;
Christensen, P. R. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. ;
de Zotti, G. ;
Delabrouille, J. ;
Delouis, J. -M. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2016, 586
[5]   Planck intermediate results. XIX. An overview of the polarized thermal emission from Galactic dust [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Alina, D. ;
Alves, M. I. R. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Amaue, M. ;
Arzoumanian, D. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banda, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bock, J. J. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bracco, A. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chiang, H. C. ;
Christensen, P. R. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, E. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. ;
de Gouveia Dal Pino, E. M. ;
De Rosa, A. ;
de Zotti, G. ;
Delabrouille, J. ;
Desert, F. -X. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2015, 576
[6]   Planck intermediate results. XXII. Frequency dependence of thermal emission from Galactic dust in intensity and polarization [J].
Ade, P. A. R. ;
Alves, M. I. R. ;
Aniano, G. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bock, J. J. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Burigana, C. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Chamballu, A. ;
Chiang, H. C. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. ;
de Zotti, G. ;
Delabrouille, J. ;
Desert, F. -X. ;
Dickinson, C. ;
Diego, J. M. ;
Donzelli, S. ;
Dore, O. ;
Douspis, M. ;
Dunkley, J. ;
Dupac, X. ;
Ensslin, T. A. ;
Eriksen, H. K. ;
Falgarone, E. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2015, 576
[7]   Planck 2013 results. XII. Diffuse component separation [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bobin, J. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bridges, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Cardoso, J. -F. ;
Castex, G. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chen, X. ;
Chiang, H. C. ;
Chiang, L. -Y ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Cruz, M. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571
[8]   Detection of B-Mode Polarization at Degree Angular Scales by BICEP2 [J].
Ade, P. A. R. ;
Aikin, R. W. ;
Barkats, D. ;
Benton, S. J. ;
Bischoff, C. A. ;
Bock, J. J. ;
Brevik, J. A. ;
Buder, I. ;
Bullock, E. ;
Dowell, C. D. ;
Duband, L. ;
Filippini, J. P. ;
Fliescher, S. ;
Golwala, S. R. ;
Halpern, M. ;
Hasselfield, M. ;
Hildebrandt, S. R. ;
Hilton, G. C. ;
Hristov, V. V. ;
Irwin, K. D. ;
Karkare, K. S. ;
Kaufman, J. P. ;
Keating, B. G. ;
Kernasovskiy, S. A. ;
Kovac, J. M. ;
Kuo, C. L. ;
Leitch, E. M. ;
Lueker, M. ;
Mason, P. ;
Netterfield, C. B. ;
Nguyen, H. T. ;
O'Brient, R. ;
Ogburn, R. W. ;
Orlando, A. ;
Pryke, C. ;
Reintsema, C. D. ;
Richter, S. ;
Schwarz, R. ;
Sheehy, C. D. ;
Staniszewski, Z. K. ;
Sudiwala, R. V. ;
Teply, G. P. ;
Tolan, J. E. ;
Turner, A. D. ;
Vieregg, A. G. ;
Wong, C. L. ;
Yoon, K. W. .
PHYSICAL REVIEW LETTERS, 2014, 112 (24)
[9]   Planck early results. I. The Planck mission [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Baker, M. ;
Balbi, A. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Bennett, K. ;
Benoit, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bhatia, R. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Bradshaw, T. ;
Bremer, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Cabella, P. ;
Cantalupo, C. M. ;
Cappellini, B. ;
Cardoso, J. -F. ;
Carr, R. ;
Casale, M. ;
Catalano, A. ;
Cayon, L. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Charra, J. ;
Chary, R. -R. ;
Chiang, L. -Y. ;
Chiang, C. ;
Christensen, P. R. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Crone, G. ;
Crook, M. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2011, 536
[10]   Planck early results. XX. New light on anomalous microwave emission from spinning dust grains [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Balbi, A. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Bernard, J-P ;
Bersanelli, M. ;
Bhatia, R. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Cabella, P. ;
Cappellini, B. ;
Cardoso, J-F ;
Casassus, S. ;
Catalano, A. ;
Cayon, L. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R-R ;
Chen, X. ;
Chiang, L-Y ;
Chiang, C. ;
Christensen, P. R. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. ;
de Gasperis, G. ;
de Rosa, A. ;
de Zotti, G. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2011, 536
123456