1

First Results of First Results of

Wilkinson Microwave Anisotropy ProbeWilkinson Microwave Anisotropy Probe: :

WMAPWMAPWilkinsonは昨年亡くなったチームの精神的リーダー

国立天文台

理論天文学研究系

杉山直

• 人工衛星、ラグランジュポイントＬ２、地球から１５０万キロ太陽とは逆側に。

• ＣＯＢＥ以後、最初のスペース、全天観測• ＣＯＢＥの１０倍細かく分解し、１０倍感度のよい観測(l=900まで）

• 多波長で観測：5-bands, 23,33,41,61,94 GHz• 宇宙マイクロ波背景放射の温度の分布を１００万分の１の精度で観測

• 偏光成分も詳細に測定• 誕生からおよそ４０万年（３８万年）後の宇宙の様子

2

840kg

3.8m

5m

４年の観測計画

3

Beam Width: COBE, 7 degree (FWHM)

Bennet et al.

4

22.8GHz

33.0GHz

5

40.7GHz

60.8GHz

6

93.5GHz

MAP

7

COBEとの比較

結果

• COBEとは完璧にconsistent (low quadrupole)• Power Spectrum • polarization

Visit http://lambda.gsfc.nasa.gov/You can find everything you need!

8

温度揺らぎ

温度揺らぎと偏光の相関

9

Produced by Produced by Anisotropic Component of Thomson ScatteringAnisotropic Component of Thomson Scatteringneed need quadrupolequadrupole component in temperaturecomponent in temperature

PolarizationPolarization

1) Phase difference between Temp. & Pol.

: polarization is generated by velocity

2) E-mode (parity even) & B-mode (parity odd)

3) Temperature-Polarization (TP) correlation

Larger Signal

strong

weak

10

スケール

Power spectrum

Hu & White

Velocity=polarization

11

1) Thermal History1) Thermal History•• standard recombination standard recombination ⇒⇒ Peak at horizon scale at z=1000: Peak at horizon scale at z=1000: ll= 100= 100--10001000

•• rere--ionizationionization⇒⇒ Peak at horizon scale at Peak at horizon scale at zzii: : ll= 10= 10--100100

2) Adiabatic vs. Isocurvature

What can we learn?

3) Scalar vs. Tensorscalar: only E-modetensor: E+B modes

Ｐｏｌと

reionization

12

スケール

Power spectrum

Hu & White

Velocity=polarization

Hu & White

Tensor Component

13

温度揺らぎ

温度揺らぎと偏光の相関

WMAP

の観測

14

WMAPのpolarization

• adiabaticゆらぎ

• E-mode

• reionization of the universe after recombination

拡大

15

インフレーションからはじまった宇宙を支持するpolarizationからadiabatic fluctuations確認揺らぎの統計：non-Gaussian の証拠はないns=0.99±0.04(WMAPのみ）ns=0.93±0.03(all)dns/dlnk=-0.031+0.031-0.017(all)

WMAPの結果の意味するところSpergel et al.

注意すべき点は、WMAPのみの結果と、WMAP+fine scale CMB+2dF+Lyα+running nsの結果若干異なる：後者を以下ではallと略また、平坦な宇宙を仮定

16

•最初の天体形成は

%)95(180

)%95(20all)(04.017.0

WMAP)(166.0

22080

109

076.0071.0

+−

+−

+−

=

=

±==

rio

reio

tCLz

τ

Reionizationをpolarizationから測定した

Optical depth from TE(temp-pol)Kogut et al.

τ=0.17 ±0.04

TE alone

17

)HST,2DFor,SN,WMAP(02.002.1)all(0009.00224.0

)WMAP(001.0024.0

)all(135.0

)WMAP(02.014.0

)all(71.0)WMAP(05.072.0

2

008.0009.0

2

04.003.0

+±=Ω±=±=Ω

=

±=Ω

=

±=

+−

+−

tot

B

M

h

h

hCosmological Parameters

18

Likelihood function from WMAP

6 parameters すべてで best fit

曲率

19

•宇宙はやはり平坦だった•宇宙の全エネルギーのうち、４％がbaryon、２３％がnon-baryoninc dark matter、残り73%がdark energy

•現在の宇宙年齢は134 ±3億歳（WMAPのみ）137 ±2億歳（all）

•Recombination epochはz=1089±1∆z = 195 ±2t=379+8-7kyr.

その他おまけ

• 2dF Galaxy Redshift Survey, Ly-alphaとは有為にずれ：ＣＭＢの方がpower大きい

Running spectral index?

• w = p/ρ<-0.78 (all data)

Einsteinの宇宙項(w=-1)を示唆

• Tensor modeには Ptensor/Pscalar< 0.71

• neutrino mass: mν<0.23eV

• 極端にちいさなlow multipoleはなぜ？

20

Power lawΛCDM

すべて予想通り

（reionizationは早かった）

21

Stokes Parameters

))(sin())(sin(ttaEttaE

yyy

xxx

εωεω

−=−=

>−≡<

>−≡<

−>=<−>≡<

+>=<+>≡<

)sin(2

)cos(2

22

22

yxyx

yxyx

xyxy

yxyx

aaVaaU

IIaaQ

IIaaI

εε

εε

))(2exp('' iUQiiUQ ±=± ϕm

Rotational transformation: angle ϕ⇒Spin 2

Spin raising ∂u and lowering ∂d operators

∑

∑

−−+=−∂

−+=+∂

lmlmlmu

lmlmlmd

nYalliUQ

nYalliUQ

)ˆ()!2/()!2()(

)ˆ()!2/()!2()(

,22

,22

)(2

)(21

,2,2,

,2,2,

lmlmlmB

lmlmlmE

aaia

aaa

−

−

−=

+−= E-mode; parity (-1)l

B-mode; parity (-1)l+1

Zaldarriaga, Seljak, PRD55 (97)1830