Delensing CMB Polarization with External Datasets
当前和未来CMB偏振实验的主要科学目标之一是寻找早期宇宙中重力波的随机背景。随着仪器灵敏度的提高，限制因素最终将是由引力透镜产生的B模式功率，这可以通过使用所谓的去透镜算法来消除。我们预测的前景，使用外部获得的CMB偏振的透镜映射：无论是从大尺度结构的观测，或从高分辨率的CMB温度的地图。我们的结论是，在任何一种情况下的预测是不令人鼓舞的，并显着去透镜大规模CMB偏振需要高分辨率的偏振图，具有足够的灵敏度来测量透镜B模式。我们还提出了一个简单的形式主义，包括在CMB的预测，这是计算速度快，同意与Monte Carlos脱透镜。
2010-10-05 astro-ph.CO
CMB Mode Coupling with Isotropic Polarization Rotation
本文提出通过CMB模耦合测量各向同性偏振旋转的新方法，推导了由宇称破坏引起的模耦合新贡献，并证明其在未来实验中的约束力与EB交叉功率谱相当，可用于交叉检验。
2021-05-07 astro-ph.CO
B-mode in CMB polarization. What's that and why it is interesting
结合BICEP 2测量结果讨论了遗迹引力波背景对CMB偏振B模的产生。描述的偏振映射的偏振矩阵的特征向量。
2014-10-23 astro-ph.CO
Power Spectra of CMB Polarization by Scattering in Clusters
宇宙微波背景辐射的偏振测绘是当前宇宙学研究的一个重要组成部分。特别具有挑战性的是测量极弱的B模式偏振，这可能会对暴胀产生独特的见解。实现这一目标需要非常精确的测量二次偏振分量的大小角度尺度。星系团中CMB的散射引起了几种偏振效应，它们的测量可以探测星系团的性质。也许更重要的是来自集群群体的统计极化信号的水平。计算了其中五个偏振分量的功率谱，并与主偏振谱进行了比较。这些光谱在多极$\ell \geq 3000$处达到峰值，并且达到不太可能明显污染原始极化信号的水平。
2009-02-13 astro-ph.CO
Statistics of CMB polarization angles
我们研究了CMB偏振角$ψ$的分布函数，重点是普朗克2018 CMB图。我们扩展了高斯相关$Q$和$U$ Stokes参数的Preece & Battye（2014）模型，以允许非零均值。当$Q$和$U$的方差相等并且它们的协方差和均值为零时，偏振角均匀分布。否则，均匀分布将被具有$2ψ$和$4ψ$相位的谐波调制。这些调制在普朗克2018 CMB地图中可见。此外，与功率谱相比，$U$的平均值是特殊的。
2020-01-06 astro-ph.CO
A numerical study of observational systematic errors in lensing analysis of CMB polarization
通过数值模拟研究了观测系统误差对宇宙微波背景（CMB）极化透镜分析的影响。我们对CMB偏振观测中的增益、角度和指向误差进行了建模，并模拟了由这些误差调制的偏振场。我们讨论了系统引起的$B$模式的振幅和空间尺度的施加误差的响应，并表明，透镜重建和脱透镜分析的结果表现根据它。据观察，在不久的将来预期的误差水平导致脱透镜效率没有显着下降。
2021-06-09 astro-ph.CO
Polarizations of CMB and the Hubble tension
未来对CMB偏振的精确测量可以为所谓的哈勃张力问题提供新的线索。哈勃张力来自于由两个不同距离阶梯确定的哈勃参数演变的差异。标准距离阶梯与造父变星和Ia型超新星的观测给出了较大的哈勃常数值，而反距离阶梯与宇宙微波背景和星系团中的重子声学振荡的观测给出了较小的哈勃常数值。哈勃参数的不同演化表明了宇宙再电离过程中自由电子密度的不同演化以及宇宙微波背景辐射的低-l偏振的不同大小，因为这些偏振主要是通过宇宙微波背景辐射光子与这些自由电子的汤姆逊散射产生的。在非平凡的含时暗能量状态方程下，研究了l < 12对CMB E模和B模偏振的影响.我们发现，标准距离阶梯的情况下，给出了更高的偏振功率比在LambdaCDM模型的预测。
2021-01-14 astro-ph.CO
Primordial Gravitational Waves Measurements and Anisotropies of CMB Polarization Rotation
在B模（BB）功率谱中寻找原初引力波信号是宇宙微波背景（CMB）极化实验的关键科学目标之一。然而，这可能很容易受到几个前景问题的污染，例如热粉尘排放。在本文中，我们研究了另一种机制，宇宙双折射，它可以引入的CPT破坏之间的相互作用CMB光子和外部标量场。这种相互作用可以引起CMB光子线偏振态的旋转，从而产生CMB BB功率谱，这种功率谱可以在大尺度上模拟原初引力波的信号。利用BICEP 2的最新偏振数据以及BICEP 2/Keck阵列和Planck的联合分析数据，考虑偏振旋转角对张量标量比$r$的约束，进行了全局拟合分析。由于BICEP 2和Keck阵列实验的数据已经用“自校准”方法进行了校正，因此本文主要研究CMB偏振旋转角各向异性的影响。我们发现，包括在分析中的各向异性可以稍微削弱$r$的约束，当使用当前的CMB偏振测量。我们还模拟了模拟CMB数据与BICEP 3的敏感性。非常有趣的是，我们发现，如果各向异性的偏振旋转角的影响不能在分析中考虑适当的，对$r$的约束将显着偏差。这意味着要准确测量原初引力波信号，必须打破CMB偏振旋转角各向异性与CMB原初张量扰动之间的简并性。
2015-06-11 astro-ph.CO
Kinetic Sunyaev Zeldovich effect in an anisotropic CMB model: measuring low multipoles of the CMB at higher redshifts using intensity and polarization spectral distortions
我们提出了一种新的数学形式主义，可以很容易地计算预期的动力Sunyaev Zeldovich（kSZ）信号的强度和偏振由于各向异性原始宇宙微波背景（CMB）。我们得到了预期的强度和偏振方向的非移动星系团的扭曲，然后我们推广我们的计算为非零的特殊速度。我们发现，在移动集群的方向，低CMB多极施加强度和偏振光谱失真与不同的频率依赖性。极化信号主要探测CMB的四极矩，原始偶极子和八极矩有显著贡献。对于一个典型的1000 km/s的星系团速度，在200-600 GHz之间，对不运动星系团的四极子激发极化的修正大约是2-10%，并且取决于星系团在天空中的位置、速度大小和运动方向。我们还发现，信号的角度依赖性随观察频率而变化。原始偶极子和八极子引起的极化的不同频率和角度依赖性可以用来测量它们，尽管有其他物理效应和前景。与偏振相反，强度畸变受到所有CMB多极子的影响，因此它们不能很容易地用于探测较高红移的低多极子。然而，强度和偏振信号之间的相关性，可以用来提高原始偶极子，四极和八极的测量的信噪比。在这项工作中提出的像差内核的更一般的计算具有超出SZ集群科学在这里解决的应用。例如，它可以被利用到我们的本地帧中观察到的去增强/去畸变CMB多极子。
2016-06-27 astro-ph.CO
The effects on CMB power spectra and bispectra from the polarization rotation and its correlations with temperature and E-polarization
University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Interdisciplinary Center for Theoretical Study, University of Science and Technology of China（中国科学技术大学理论中心）；Peng Huanwu Center for Fundamental Theory（彭桓武理论中心）
本文研究类轴子模型中陈-西蒙斯项导致的CMB极化旋转，分析旋转角与温度、E极化的关联对CMB功率谱及双谱的影响，为搜寻CPT破坏和类轴子关联提供新途径。
2026-08-21 astro-ph.CO
CMB Polarization can constrain cosmology better than CMB temperature
我们表明，宇宙方差有限的实验，CMB E极化单独放置更强的约束宇宙学参数比CMB温度。例如，我们表明，EE可以约束参数比TT高达2.8倍时，被认为是一个多极范围为l=30-2500。我们揭示了这一显着的结果背后的物理效应，并研究它如何取决于分析中包括的多极范围。在大多数相关的情况下，TE或EE超过了基于TT的宇宙学约束。这一结果是重要的，因为小尺度天体物理前景预计将有一个大大减少对偏振的影响，从而打开了可能性，建设更清洁和更严格的LCDM模型的约束。这特别适用于拟议的未来CMB卫星任务，如CORE或PRISM，这些卫星被设计成在极化方面受到宇宙方差限制，直到非常大的多极。我们对类普朗克实验进行了同样的分析，并得出结论，即使在这种情况下，TE单独确定对$Ω_ch^2$的约束也应该比TT好15%，而确定$Ω_bh^2$、$n_s$和$θ$的精度相当。最后，我们探讨了几个经典的LCDM模型的扩展，并再次表明，CMB偏振单独提供更严格的约束比CMB温度的情况下，宇宙方差有限的实验。
2014-03-20 astro-ph.CO
Primordial non-Gaussian signatures in CMB polarization
利用概率分布函数、Minkowski泛函和Betti数，研究了由$\fnl$参数化的CMB极化标量扰动的局域型原始非高斯性特征.结果表明，总偏振强度的概率密度函数的最低阶非高斯偏差为$(\fnlσ)^2$阶。我们从模拟的极化图计算Minkowski泛函和Betti数的非高斯偏差。我们发现，$E$模式的偏振提供了独立的和同样强的约束$\fnl$的温度波动。然而，总偏振强度中的非高斯信号要弱得多，并且具有相对大的宇宙方差，因此对于检测局部类型的非高斯性可能是无用的。
2014-11-19 astro-ph.CO
Validating dark energy models using polarised Sunyaev-Zel'dovich effect with large-angle CMB temperature and E-mode polarization anisotropies
本文提出利用全天CMB温度和E模偏振各向异性的低多极矩与星系团视角的CMB四极矩相关性，结合偏振Sunyaev-Zel'dovich效应层析成像来约束暗能量本质，蒙特卡洛模拟显示可将暗能量状态方程参数约束改善约17%。
2023-01-31 astro-ph.CO
Power asymmetry in CMB polarization maps from PLANCK : a local variance analysis
在迄今为止的全天空温度测量中，发现了CMB天空相对半球上功率不对称的持续信号。这种不对称性在WMAP和普朗克卫星的微波天空中就被发现了，这引起了人们对\emph{statistical isotropy}这个更大问题的关注，它是现代宇宙学的基本原理之一。在这项工作中，我们提出了从普朗克2015年完整的任务数据极化CMB地图的分析。我们将局部方差估计器应用于来自普朗克2015偏振\texttt{Commander}解决方案的低分辨率$E-$模式图。我们发现一个显着的半球形功率不对称的偏振数据在大的角度尺度上，在$\sim 2.6-3.9\%$的水平取决于银河掩模，和用于计算本地方差图的圆盘半径。然而，方向被发现是指向广泛的CMB动力学偶极子方向。未来对CMB偏振的精确测量将揭示温度和偏振CMB天空中各向异性轴的明显差异，以及系统学对我们研究结果的可能影响。
2017-10-02 astro-ph.CO
Exploring circular polarization in the CMB due to conventional sources of cosmic birefringence
宇宙微波背景（CMB）的圆偏振通常被认为是零，因为它不是由汤姆逊散射产生的。在这里，我们探讨的实际水平的圆偏振在CMB产生的传统宇宙学源的双折射。我们考虑两类双折射机制。一种是物质的排列产生各向异性的磁化率张量：氢自旋可以通过密度扰动或CMB自身的各向异性来排列。另一个是辐射场的各向异性，耦合到介质对电磁场的非线性响应：这可以通过光子-光子散射（真空的非线性响应）、原子超极化率（中性原子的非线性响应）或等离子体延迟（自由电子的非线性响应）发生。最强的效应来自于在$\sim 10^{-14}$ K能级上复合产生的光子-光子散射。我们的研究结果是一致的，可以忽略不计的圆极化的CMB相比，线极化或电流和近期实验的灵敏度。
2018-08-21 astro-ph.CO
CMB lensing reconstruction using cut sky polarization maps and pure-$B$ modes
对CMB透镜信号的详细测量是正在进行的地基CMB偏振实验的一个重要科学目标，这些实验正在以高分辨率绘制小块天空中的CMB。在这项工作中，我们模拟CMB偏振透镜重建的$EE$和$EB$二次估计与当前一代的噪声水平和分辨率，并表明，没有边界效应的已知和预期的零阶和一阶$N^{(0)}$和$N^{(1)}$偏差提供了一个足够的模型，非信号的贡献的透镜功率谱估计。小的天空区域对偏振透镜重建提出了许多额外的挑战，包括$E$模式泄漏到$B$模式。我们展示了如何简单的窗口估计器使用过滤纯$B$模式可以大大减少掩模诱导的平均场透镜信号，并减少方差的估计。这提供了一种简单的方法（用于最近的观察），为更优化但昂贵的逆方差滤波提供了一种替代方案。
2014-07-19 astro-ph.CO
Cosmological birefringence constraints from CMB and astrophysical polarization data
宇宙双折射是来自天体物理学和宇宙学来源的光子偏振面的旋转。旋转也可以取决于光子的能量，而不仅仅取决于源的距离和基础理论模型的宇宙学演化。在这项工作中，我们约束几个选定的模型宇宙学双折射，结合CMB和天体物理数据在无线电，光学，X和伽马波长，考虑到特定的能量和距离的依赖性。
2015-09-21 astro-ph.CO
A Pixel Space Method for Testing Dipole Modulation in the CMB Polarization
介绍了一种探测宇宙微波背景（CMB）极化中偶极调制或半球功率不对称的像素空间方法。该方法依赖于使用平方的总偏振通量，其系综平均拾取由于CMB偏振中的偶极调制而产生的偶极。该方法适用于局部天空，具有一定的实用价值。我们定义了几个统计特征的幅度检测到的信号。通过模拟，我们表明，该方法可以用来可靠地提取在2.7 $σ$水平或更高的信号在未来的核心类任务，假设该信号是目前在CMB偏振的普朗克任务在CMB温度检测到的水平。将该方法应用于2018年普朗克数据时，考虑到数据中相关检测器噪声和残留系统学的存在，没有检测到显著影响。使用FFP 10，我们发现存在一个非常强的偏差，这可能掩盖了任何真正的影响。
2019-12-20 astro-ph.CO
Probing Primordial Magnetism with Off-Diagonal Correlators of CMB Polarization
原始磁场（PMF）通过法拉第旋转（FR）在宇宙微波背景（CMB）中产生极化$B$模，导致CMB温度和极化的非平凡2点和4点关联函数。我们讨论了原始磁场的探测能力，使用不同的关联函数，并评估其相对的优点。我们已经充分考虑了弱透镜的污染，这有助于方差，但其对4点相关的贡献是正交的FR。我们表明，普朗克实验可以检测到的尺度不变的PMF的强度为nG使用FR诊断在90 GHz，而现实的未来实验在相同的频率可以检测到10^{-10} G。利用多个频率将改善这些前景，使CMB的FR成为标度不变PMF的强有力的探针。
2013-03-14 astro-ph.CO
Detecting Electron Density Fluctuations from Cosmic Microwave Background Polarization using a Bispectrum Approach
高灵敏度宇宙微波背景（CMB）偏振实验的最新进展为研究大尺度结构（LSS）打开了一扇窗口，因为小角度尺度上的CMB偏振涨落可以由LSS和晚期宇宙电离涨落的组合产生。引力透镜效应可以从具有二次估计的CMB数据集中提取，但是具有二次估计的电子密度涨落（EDF）的重建被发现被二次CMB涨落中的大得多的引力透镜效应显著地偏置。在本文中，我们建立了一个双谱的形式化使用示踪剂的LSS提取次主导的EDF从CMB偏振数据。我们发现，这种双谱可以有效地重建角带功率的EDF和LSS示踪剂之间的互相关。下一代CMB偏振实验与星系巡天和宇宙红外背景实验相结合，可以检测到具有高度意义的EDF特征。
2018-01-16 astro-ph.CO
Cosmological CPT Violation and CMB Polarization Measurements
本文研究了用宇宙微波背景（CMB）实验检验电荷宇称时间反射（CPT）对称性的可能性。本文考虑了两类Chern-Simons（CS）项：电磁CS项和引力CS项，详细研究了它们对CMB偏振功率谱的影响。通过结合当前的CMB偏振测量，七年的WMAP，BOOMERANG 2003和BICEP的观测，我们得到了一个严格的约束旋转角$Δα=-2.28\pm1.02$度（$1\,σ$），表明$2.2\,σ$检测CPT违反。在这里，我们特别考虑CMB测量的系统误差。添加QUaD偏振数据后，约束变为95%置信水平下的$-1.34<Δα<0.82$度。与电磁CS项相比，引力CS项只能产生振幅小得多的TB和EB功率谱。因此，感应参数$ε$不能从电流极化数据约束。此外，我们研究了未来CMB测量的能力，普朗克和CMBPol，对$Δα$和$ε$的约束。我们发现，$Δα$的约束可以显着提高了15倍。因此，如果不能适当地考虑这种旋转角效应，宇宙学参数的约束将明显地产生偏差。对于引力CS项，未来的普朗克数据仍然不能很好地约束$ε$，如果原始张量扰动很小，$r <0.1$。我们需要更精确的CMBPol实验对$ε$给出更好的约束。
2012-01-21 astro-ph.CO
Reconstructing simulated CMB polarization power spectra with the Analytical Blind Separation method
多频观测需要将CMB与前景分离，并从数据中准确提取宇宙学信息。分析盲分离（ABS）方法致力于在存在天体物理前景辐射和仪器噪声污染的情况下从多频率观测中提取CMB功率谱。在这项研究中，我们应用ABS方法模拟天空地图，可以观察到与未来的星载调查，以测试该方法的能力，以确定CMB偏振$E$ -和$B$ -模式功率谱。我们提出了ABS方法的性能模拟全天空的分析和分析集中在天空区域较少影响银河前景发射。我们讨论的起源和最小化的偏差估计CMB偏振角功率谱。我们发现，ABS方法进行了相当不错的分析，在中等和小的角度尺度的全天观测，尽管强烈的前景污染。在最大的尺度上，仍然需要额外的工作来减少各种来源的偏差以及CMB $E$和$B$偏振之间的混淆对部分天空分析的影响。
2021-03-19 astro-ph.CO
Foreground-immune CMB lensing reconstruction with polarization
已知河外前景会在基于温度的CMB透镜重建中产生显著的偏差。已提出若干技术，包括"源硬化“和”纯剪切估计数“，以减轻污染，并已证明在减少前景引起的偏差方面非常有效。在这里，我们将这两种技术扩展到偏振，这将是未来实验中CMB透镜重建的重要组成部分，并分析研究“大透镜”限制，以深入了解前景偏差的起源和缩放，以及对其轮廓的敏感性。使用极化点源的模拟，我们估计了西蒙斯天文台和CMB-S4类（基于偏振的）透镜重建的预期偏差，发现对前者的偏差是微小的，而对后者的偏差在小尺度（$L\sim1000-2000$）下可能是不可忽略的。特别是，我们表明，对于CMB-S4样的实验，点源硬化估计的最佳线性组合可以减少（点源引起的）偏见CMB透镜功率谱高达两个数量级，在$\sim4\%$噪声成本相对于全球最小方差估计。
2023-01-23 astro-ph.CO
Determination of miscalibrated polarization angles from observed CMB and foreground $EB$ power spectra: Application to partial-sky observation
利用观测到的宇宙微波背景辐射和银河系前景辐射的$EB$偏振功率谱，研究了一种确定宇宙微波背景辐射实验中偏振角标定误差的方法。我们采用Minami等人的方法。（2019）开发用于全天空观测到地面实验，如西蒙斯天文台。我们使用公共代码NaMaster考虑了由于部分天空覆盖引起的$E$到$B$泄漏和$\ell$到$\ell$协方差。我们表明，我们的方法产生一个无偏估计的误校准的角度。我们的方法还可以同时确定的误校准的角度和固有的$EB$功率谱的偏振尘埃排放时，后者是成比例的$\sqrt{C_\ell^{EE}C_\ell^{BB}}$和$C_\ell^{BB}$是成比例的$C_\ell^{EE}$。
2020-02-10 astro-ph.CO
Nonlinear electrodynamics and CMB polarization
最近的WMAP和BOOMERanG实验对在膨胀宇宙中传播的光子的偏振角设置了严格的限制：$Δα= (-2.4 \pm 1.9)^\circ$。本文从非线性电动力学（NLED）的角度对宇宙微波背景辐射（CMB）的偏振特性进行了评述。计算了光子在具有平面对称性的宇宙背景中传播的偏振角。为此，我们使用Pagels-Tomboulis（PT）拉格朗日密度描述NLED，它具有$L\sim (X/Λ^4)^{δ- 1}\; X $的形式，其中$X=1/4 F_{αβ} F^{αβ}$，和$δ$的参数具有非麦克斯韦性质的PT非线性描述的电磁相互作用。在观察了与CMB光子的（$x$）传播方向正交的平面中的偏振分量之后，偏振角被定义为宇宙的偏心率，这是一种几何性质，其在宇宙时间上的演化（从最后一个散射表面到现在）受到银河系外距离上磁场强度的约束。
2011-02-22 astro-ph.CO
Separating CMB Stokes Q and U polarization signals from Non-Gaussian Emissions
本文根据宇宙微波背景的高斯性质和天体物理偏振前景的强非高斯性质的基本概念，利用WMAP九年出版的偏振图，估算了扩散前景最小化宇宙微波背景（CMB）Stokes Q和U偏振图。我们切除定义已知点源位置的天空区域，这些区域被探测器噪声或漫射前景或两者强烈污染，然后在构成整个天空区域的大约$50\%$的幸存天空区域上执行前景最小化。我们严格评估性能的前景最小化的几种方式，并表明我们的前景最小化方法从输入地图中删除了重要的前景。与WMAP前景缩减的Stokes Q，U偏振图相比，在不同的多极范围内，经过清理的Stokes Q，U偏振图具有更少的来自相关天空区域的EE和BB功率。我们验证我们的方法进行详细的蒙特卡罗模拟。我们的方法的主要驱动机制是内部线性组合（ILC）方法，然而，与通常的ILC方法中执行的简单方差最小化不同，该方法的核心依赖于理论上动机良好的CMB偏振高斯性概念，在观测和通货膨胀模型之间建立了直接联系。此外，该方法，像通常的ILC方法，是独立的偏振前景的建模不确定性。这将是有用的，应用我们的方法在未来一代低噪声CMB偏振实验。
2017-07-07 astro-ph.CO
Lensing Bias to CMB Polarization Measurements of Compensated Isocurvature Perturbations
补偿等曲率扰动是重子和暗物质密度的相反空间涨落。它们出现在弯曲子模型和一些重子生成模型中。虽然重子涨落的引力效应被DM的引力效应所补偿，在一阶时对宇宙微波背景（CMB）没有可观测到的影响，但它们在复合时调制了声视界，从而使不同多极子的CMB各向异性相关联。因此，可以使用类似于引力透镜的CMB检测的二次估计器来重建CIP。然而，由于这些相似之处，CIP估计量存在偏差，必须减去透镜贡献。这些透镜的贡献CMB偏振测量的CIP被发现大致三倍的噪声功率的总CIP估计大规模。另外，温度交叉功率和$E$模偏振分别受到透镜-ISW（integratedSachs-Wolfe）关联和再电离-透镜关联的影响。对于测量多极$l_{\max} = 2500$的宇宙方差限制（CVL）温度和偏振实验，透镜噪声将检测阈值提高了1.5倍，从而使曲率模型中最大CIP信号的$2.7σ$检测成为可能。
2017-08-03 astro-ph.CO
Foreground removal from WMAP 7yr polarization maps using an MLP neural network
从毫米波/亚毫米波观测中提取宇宙微波背景信号（CMB）的一个基本问题是来自银河系的辐射污染：同步辐射、自由-自由辐射和热尘埃辐射。为了从CMB信号中提取基本宇宙学参数，必须使这种污染最小化，因为它会在CMB功率谱中产生系统误差。在以前的调查中，已经证明，神经网络方法提供高质量的CMB地图从温度数据。这里的分析扩展到偏振图。作为一个具体的例子，WMAP的7年偏振数据，最可靠的测定CMB的偏振特性，进行了分析。分析采用了WMAP团队提供的频率图、噪声模型、窗函数和前景模型，不包括辅助数据。在此框架内，它表明，该网络可以提取CMB极化信号没有污染的迹象，由极化前景。与WMAP团队推导的误差相比，推导的偏振功率谱的误差得到了改善。
2012-02-29 astro-ph.CO
Theoretical Foundations of PGWs Printed in the CMB and its Observational Status
各向异性研究宇宙微波背景（CMB）是现代宇宙学的主要观测手段之一。然而，除了研究CMB的热涨落之外，还有其他同样重要的信息，即CMB的偏振。暴胀模型预言宇宙微波背景是线性极化的，并从最后一次散射表面的主要过程--汤普森散射出发，研究了这种极化的物理机制。基本上有两种类型的偏振，称为E和B模式，第一种由标量扰动产生，后者由张量扰动产生，例如由原始宇宙中的引力波产生的。因此，如果我们能够测量这些类型的极化将有一个进入暴胀时代的研究。本文介绍了理论上支持原初引力波（PGW）引起CMB偏振的主要物理机制，并对主要观测量进行了修正，将其归为所谓的Stokes参数（Q，U，I），从而得到了与$Λ$ CDM模型相一致的CMB偏振角功率谱的对比信息。
2016-01-15 astro-ph.CO
Generation of CMB B-mode Polarization from Circular Polarization
在这项工作中，我们考虑非零圆偏振的CMB辐射作为一个新的相互作用的结果。然后，我们重写的玻尔兹曼方程的斯托克斯参数$Q$，$U$和$V$，并表明，圆偏振可以产生的B-模式偏振，即使没有张量扰动存在。
2015-03-18 astro-ph.CO hep-ph
Reionization process dependence of the ratio of CMB polarization power spectra at low-$\ell$
研究了低$\ell$（$\ell \lesssim 10$）时宇宙微波背景（CMB）偏振功率谱$C^{BB}_\ell/C^{EE}_\ell$的比值对再电离过程的依赖程度.这种低$\ell$ B模和E模偏振功率主要由CMB光子从再电离过程中产生的自由电子的汤姆逊散射产生。由于再电离至少要在后期产生$z \simeq 6$和低偏振功率时才能完成，因此在高红移处，该比值对电离过程相当不敏感，但对光学深度值很敏感，而在$\ell=2$处，该比值对包括光学深度值在内的再电离过程几乎不敏感，并且该值大约是张量标量比的值的一半。这一事实可以用于未来的张量标量比的确定，尽管由于宇宙方差的模糊性。
2022-02-17 astro-ph.CO
CMB polarization TE power spectrum estimation with non-circular beam
宇宙微波背景（CMB）各向异性的精确测量一直是现代宇宙学中最重要的问题之一，因为它提供了有价值的宇宙学信息。然而，随着CMB实验灵敏度的增加，CMB功率谱的准确估计面临许多挑战。此外，对于偏振实验，测量的精度由于偏振信号与测量的总强度相比非常微弱的事实而复杂化，并且在存在高水平系统学的情况下可能不可能检测到。光束的不对称性是导致CMB偏振实验误差的重要原因之一。对于大数据量的CMB偏振功率谱估计，标准的最佳极大似然（ML）是禁止的高分辨率CMB实验由于巨大的计算时间所需的。在本文中，我们提出了一个半解析的框架，使用伪$C_{l}$估计计算的功率谱TE的温度各向异性和E分量的偏振辐射场使用非圆光束。我们采用了一个模型的光束，从周围的一个圆形（轴对称）在谐波空间中的光束微扰膨胀，并计算得到的偏置矩阵，它涉及到真正的功率谱与所观察到的一个快速计算的有效算法。我们表明，对于一个多极$l_{max}=500$，偏置矩阵可以计算在不到一秒的时间与一个单一的CPU处理器在2.53 GHz。我们发现，在偏置矩阵的峰值处的偏振功率谱的WMAP和普朗克实验的光束不对称性引起的不确定性可以高达几个10至20%（上限为普朗克LFI 30 GHz）
2013-09-18 astro-ph.CO
Cosmology with the CMB temperature-polarization correlation
我们证明了宇宙微波背景（CMB）的温度-偏振互相关提供了准确和强大的宇宙学参数的约束。我们将它们与温度或偏振的结果进行比较，并研究前景，宇宙方差和仪器噪声的影响。这种分析利用普朗克高多极HiLLiPOP可能性的基础上的角功率谱，它考虑到系统的仪器和前景残差直接使用普朗克测量建模。温度-偏振相关（TE）谱比温度功率谱（TT）受天体物理辐射的污染更少，从而可以导出对前景不确定性不太敏感的约束。对于ΛCDM参数，TE给出了与TT相比非常有竞争力的结果。对于基本的ΛCDM模型扩展（例如AL、Neff或Neff），它仍然受到偏振图中仪器噪声水平的限制。
2017-02-24 astro-ph.CO
Constraints on cosmological birefringence energy dependence from CMB polarization data
我们研究了利用宇宙微波背景辐射的偏振数据来约束宇宙双折射的能量依赖性的可能性。我们考虑四种可能的行为，不同的理论场景的特征：由电磁场的Chern-Simons相互作用激发的能量无关双折射，由电磁场的“Weyl”相互作用激发的线性能量依赖，由低能电动力学的量子引力修正激发的二次能量依赖，以及逆二次依赖，由原始磁场产生的法拉第旋转激发。我们约束与每种依赖相关的参数，并使用我们的结果对所提到的模型进行约束。我们预测的灵敏度，普朗克数据将能够实现在这方面。
2013-02-15 astro-ph.CO
By Dawn's Early Light: CMB Polarization Impact on Cosmological Constraints
宇宙微波背景极化不仅编码了早期宇宙的信息，而且还通过CMB透镜编码了晚期宇宙的暗能量、中微子质量和引力。ACTpol、PolarBear、SPTpol等地面观测卫星显著地补充了普朗克卫星的宇宙学约束，将CMB暗能量优值和中微子质量约束增强了3-4倍。这改变了暗能量探测器的前景。我们从正在进行的实验中评估2017年的知识状态，包括暗能量调查（超新星，弱透镜，星系聚类），拟合动力学暗能量，中微子质量和修改后的引力增长指数。增加一个适度的强透镜时间延迟调查将这些暗能量限制进一步提高了32%，而一个增强的低红移超新星计划将其提高了26%。
2012-07-13 astro-ph.CO
Breaking the degeneracy between polarization efficiency and cosmological parameters in CMB experiments
利用宇宙微波背景（CMB）的偏振数据进行精确的宇宙学参数估计对地图校准提出了严格的要求，普朗克卫星最近的结果突出了这一点。在本文中，我们指出，一个依赖于模型的确定偏振校准可以实现由TE和EE CMB功率谱的联合拟合。这为使用其他方法确定的带平均偏振效率测量提供了有价值的交叉检查。我们证明，在$Λ$ CDM中，TE和EE的组合约束普朗克数据和SPTpol数据的不确定度分别为百分之几和2%的偏振校准。当我们把$Λ$ CDM扩展到包括$A_{\rm L}$透镜的振幅、相对论性粒子$N_{\rm eff}$的数目或中微子质量之和$\sum m_ν$时，我们也得到了类似的结论。当边缘化偏振校准时，宇宙学参数的不确定性受到的影响最小，除了可以预期的原始标量功率谱$\ln(10^{10} A_{\rm s})$的幅度的不确定性，其增加了$20-50$ %。然而，通过添加TT数据可以完全恢复该信息。对于当前和未来的地面实验，SPT-3G和CMB-S4，我们预测宇宙学参数的不确定性将最小限度地降低时，边缘化的偏振校准参数。此外，CMB-S4通过结合TE和EE可以将其偏振校准限制在$\sim$ 0.2%的水平，并且通过还包括TT可以达到$\sim$ 0.06%。因此，我们得出结论，依赖于校准普朗克偏振图，其统计不确定性被限制在$\sim$ 0.5%，将不足以为即将到来的实验。
2021-02-06 astro-ph.CO
Making CMB temperature and polarization maps with Madam
Madam是一个CMB绘图代码，旨在为普朗克等总功率实验的时序数据绘制温度和偏振图。该算法是基于去噪技术，但它也利用已知的噪声属性的形式的噪声先验。该方法的早期形式在Keihanen等人（2005）的早期工作中提出。在本文中，我们提出了一个更新的方法，扩展到非平均数据，并包括极化。在该方法中，基线长度是一个可自由调节的参数，并且可以在与最终地图不同的地图分辨率下执行条带化。我们展示了模拟数据得到的结果。本研究与普朗克LFI活动有关。
2010-06-03 astro-ph.CO
Observing patchy reionization with future CMB polarization experiments
从高精度偏振测量宇宙微波背景（CMB）的角度出发，对斑片状再电离信号进行了研究。我们实现了一个类似于CMB透镜效应的补丁再电离信号的提取过程。我们评估的信号噪声比（SNR）的未来阶段IV（S4）CMB实验。该信号具有以角度尺度为中心的宽峰，在较高的多极子处具有长尾。CMB S4实验通过测量度标上的信号，可以有效地抑制再电离的性质。信号幅度取决于确定再电离形态的结构的性质。我们描述的气泡半径分布对数正态分布。预期信噪比对平均气泡半径敏感：$\bar{R}=5$ Mpc表示$S/N \approx 4$，$\bar{R}=10$ Mpc表示$S/N \approx 20$。半径分布的扩展强烈地影响积分SNR，当$σ_{lnr}$从$\ln 2$变为$\ln3$时，积分SNR改变因子$10^2$。因此，未来的CMB实验将对再电离的物理学产生重要的限制。
2018-04-26 astro-ph.CO
Planck constraints on cross-correlations between anisotropic cosmic birefringence and CMB polarization
宇宙双光子散射（CB）是由麦克斯韦电磁学的宇称违反扩展引起的光子在传播过程中线偏振方向的真空旋转。我们建立低分辨率CB角地图使用普朗克遗产和NPIPE产品，并提供第一次的互相关谱$C_L^{αE}$和$C_L^{αB}$之间的CB和CMB偏振场的估计。我们还提供了更新的CB自相关谱$C_L^{αα}$以及与CMB温度场的互相关$C_L^{αT}$。我们通过定义尺度不变幅度$A^{αX} \equiv L(L + 1)C_L^{αX}/2π$报告限制，其中$X = α, T, E, B$，没有发现CB的证据。特别是，我们发现$A^{αE} = (-7.8 \pm 5.6)$ nK deg和$A^{αB} = (0.3 \pm 4.0)$ nK deg在68% C. L.。
2022-09-29 astro-ph.CO
Probing the statistical properties of CMB $B$-mode polarization through Minkowski Functionals
磁型$B$模偏振的探测是未来宇宙微波背景（CMB）实验的主要目标。在标准模型中，$B$模式映射是一个强非高斯场，由于透镜组件。除了两点关联函数外，其他统计量对极化图信息的挖掘也很重要。本文利用Minkowski泛函研究了透镜$B$模式映射的形态学性质。我们发现，从高斯的偏差是非常显着的全天空和部分天空调查。作为分析的一个应用，我们研究了$B$模式图中前景残差的形态学印记。我们发现，即使是非常微小的前景残差，对地图的影响可以检测到的闵可夫斯基功能分析。因此，它提供了一个补充的方式来调查的前景污染的CMB研究。
2016-07-11 astro-ph.CO
B-mode CMB Polarization from Patchy Screening during Reionization
在CMB极化补丁再电离产生的B-模式从两个影响：产生的极化从散射的四极矩再电离气泡，和波动的筛选E-模式的重组。以前已经研究了散射的贡献，但尚未计算出屏蔽的贡献。我们表明，在小于声学尺度（l>300）的尺度上，来自屏蔽的B模功率大于来自散射的B模功率。在阻尼标度（l>2000）以下，该比率接近常数~2.5。在与引力波相关的度标度上（l<100），屏蔽B模式具有白噪声尾部，并且对散射效应不占主导地位。这些结果是强大的不确定性，在斑片状再电离的建模。
2009-05-18 astro-ph.CO
Constraints on standard and non-standard early Universe models from CMB B-mode polarization
本文研究了早期宇宙三种模型在宇宙微波背景（CMB）辐射的$B$模偏振中的观测特征。除了标准的单场暴胀模型之外，我们还考虑了圈量子宇宙学模型（来自圈量子引力）和宇宙弦上的约束，这些约束预计将在Brane暴胀的后期阶段大量产生。我们首先检查的三个模型的观测功能，然后使用当前的$B$模式偏振数据从BICEP和QUaD实验来约束它们的参数。我们还研究了这些模型预测的原始$B$模式信号的可检测性，并预测了未来CMB偏振实验可实现的参数约束。我们发现：（a）这三个早期宇宙模型预测了CMB B模偏振功率谱的不同特征，这些特征可能与CMB实验不同;（b）由于$B$模偏振测量大多不受参数简并的影响，它们提供了这些早期宇宙模型的最清晰的探测;（c）使用BICEP和QUaD数据，我们获得了以下参数约束：$r=0.02^{+0.31}_{-0.26}$（单场暴胀模型中张量标量比的$1σ$）; $m < 1.36\times 10^{-8} \text{M}_{\text{pl}}$和$k_{*} < 2.43 \times 10^{-4} \text{Mpc}^{-1}$（$1σ$用于圈量子宇宙学模型中的质量和尺度参数）;以及$Gμ< 5.77 \times 10^{-7}$（$1σ$表示宇宙弦张力）;（d）中巴日后的观察结果（卫星任务和即将进行的亚轨道实验）将为这些早期宇宙模型提供更严格的测试。
2010-09-21 astro-ph.CO
CMB polarization as a tool to constrain the optical properties of the Universe
我们提出了一种新的形式主义来描述的$in$ $vacuo$转换偏振态的传播辐射，也被称为广义法拉第效应（GFE），在宇宙学的背景下。考虑GFE作为一个潜在的新的，各向同性和/或宇称违反物理示踪剂，我们将我们的形式主义的宇宙微波背景（CMB）极化各向异性功率谱，提供了一个简单的框架，很容易地计算它们所观察到的修改。在这样做的时候，我们重新解释以前已知的结果，即CMB光子（或宇宙双折射）的线偏振平面的$in$ $vacuo$旋转，但也指出，GFE可能导致线偏振到圆偏振的部分转换。我们注意到，GFE可以被看作是光在各向异性和/或手性介质（“暗晶体”）中传播的效应，并将其参数改写为有效的“宇宙磁化率张量”的组成部分。对于与波数无关的磁化率张量，这使我们能够将GFE诱导的CMB圆偏振功率谱或$VV$的观测界限设置为$C_{\ell}^{VV} < 2 \times 10^{-5} μK^2$（95 \% C.L.），在其峰值$\ell\simeq 370$，这比目前可用的直接$VV$测量值好大约3个数量级。我们认为，除非显着的技术进步将出现在直接$V$模式的测量，宇宙方差有限的线性极化调查预计在这十年内应提供，作为副产品，优越的边界GFE引起的圆极化的CMB。
2021-07-08 astro-ph.CO
Forecast analysis and focal plane optimization for a multi-frequency CMB B-modes polarization experiment: the case of LSPE
提出了一种多频CMB B模实验中探测器数目固定的焦平面优化方案，并将其应用于LSPE实验的具体情况。最佳焦平面被确定在地面上的张量-标量比$r$的预测不确定性$σ_r$和预期的地图方差从前景和仪器噪声残差方面定义的不同的品质因数。然后，我们进行预测分析，以评估在B模式测量可实现的精度。
2017-10-19 astro-ph.CO
Circular Polarization of the CMB: A probe of the First stars
虽然宇宙微波背景（CMB）在10%水平上是线偏振的，但在标准宇宙学中，不存在显著的圆偏振（CP）内禀源。然而，在通过磁化等离子体的传播过程中，CMB的CP可以通过法拉第转换（FC）产生。FC将预先存在的线性极化转换为CP，在存在相对论性电子的磁场的情况下。在本文中，我们专注于FC由于超新星遗迹的第一颗恒星，也被称为Pop III星。我们推导出由一般FC产生的CMB的CP的角功率谱的解析形式。我们将这一结果的情况下，FC触发的第一颗恒星的爆炸和评估的角功率谱，CV V。结果表明：当l > 100时，l（l + 1）C_l^VV/（2 pi）的振幅> 10^-2微开尔文平方，每个晕只有一颗Pop III星，Pop III SN遗迹的年龄为104年，CMB观测频率为1GHz。我们希望CMB的CP是一个非常有前途的探测尚未观测到的第一批恒星，主要是由于预期的高信号以及独特的频率依赖性。
2015-11-14 astro-ph.CO
Polarization of the Cosmic Microwave Background
本章综述CMB偏振的物理起源、宇宙学偏振模式及实验测量硬件，强调其对检验早期宇宙与标准宇宙学模型的重要价值。
2024-12-05 astro-ph.CO
The shape of CMB temperature and polarization peaks on the sphere
我们提出了一个理论研究的CMB温度峰值，包括其影响的极化场，并允许非零偏心。形式主义是在调和空间中发展的，并使用球面上的协变导数，这保证了所获得的表达式在大尺度上是完全有效的（即，无平坦近似）。预期的模式引起的峰值，无论是在温度或偏振，计算，以及它们的协方差。据发现，偏心率引入了四极依赖的峰形，这是成比例的复杂的偏置参数$b_ε$，表征峰的不对称性和取向。此外，一点统计的变量定义的峰值上的球进行审查，发现一些差异，相对于平坦的情况下，大的峰值。最后，我们提出了一种机制来模拟约束CMB地图上的字段，这是一个有趣的工具，用于分析数据中存在的峰值的统计特性的一个特定的峰值。
2016-04-27 astro-ph.CO
Galactic foregrounds and CMB polarization
CMB偏振有望揭开测量暴胀发出的引力波背景的曙光。然而，CMB信号很微弱，很容易被银河系的前景辐射污染，因此准确测量CMB是成功观测的关键。我们回顾了宇宙微波背景辐射的偏振特性和银河系同步辐射的现有知识。然后，我们专注于S波段偏振全天巡天（S-PASS），这是最近完成的一项对整个南部天空的巡天，旨在调查银河系CMB前景。
2010-08-30 astro-ph.CO astro-ph.GA
Milli-charged fermion vacuum polarization in cosmic magnetic fields and generation of CMB elliptic polarization
考虑了宇宙磁场中单圈毫荷费米子真空极化对宇宙微波背景（CMB）极化的贡献。给出了由Stokes参数表示的密度矩阵运动方程的精确摄动解。对于线极化的宇宙微波背景辐射，由于毫荷电费米子真空极化，宇宙微波背景辐射光子在宇宙磁场中的传播将产生椭圆极化（圆极化和线极化）.给出了CMB的圆偏振度和偏振面旋转角的解析表达式。根据毫荷费米子的相对电荷质量，$ε/m_ε$，和CMB观测频率的比率，它表明，收购CMB圆偏振度的数量级$P_C(T_0)\sim 10^{-10}- 10^{-6}$在最好的情况下。所研究的效应产生CMB极化，即使在CMB最初处于热平衡的情况下。由于事先去耦CMB极化的磁场振幅的限制。
2017-07-10 astro-ph.CO hep-ph hep-th
Constraints on background torsion from birefringence of CMB polarization
我们表明，一个非最小的电磁耦合与背景扭转可以产生双折射的电磁波。这种双折射引起CMB的B模式偏振。从WMAP和BOOMERANG数据的B-模式的界限，人们可以把背景扭转限制在$ξ_{1}T_{1}=(-3.35 \pm 2.65) \times 10^{-22} GeV^{-1}$。
2009-08-05 astro-ph.CO gr-qc
CMB circular and B-mode polarization from new interactions
描述宇宙微波背景（CMB）通过康普顿散射的辐射传输的标准模型预测，线性阶的宇宙标量扰动不能产生V和B偏振模。在这项工作中，我们调查的可能性，这样的CMB偏振模式产生的线性标量扰动的存在下，即使只有。我们提供了一个一般的光子费米子前向散射振幅的参数化和计算不同的CMB偏振模式之间的混合项。我们讨论了违反离散对称性的标准模型相互作用的不同一般扩展，同时保持电荷共轭，宇称和时间反转的组合。我们表明，它是可能的源CMB圆极化违反宇称和电荷共轭对称性。相反，B模式的产生与时间反演的对称性的破坏相关联。我们的结果提供了一个有用的工具来约束新的物理使用CMB数据。
2019-08-10 astro-ph.CO hep-ph
CMB Shadows: The Effect of Interstellar Extinction on Cosmic Microwave Background Polarization and Temperature Anisotropy
我们评估的宇宙微波背景（CMB）和前景组件之间的组件分离的准确性的下降所造成的忽视的吸收的CMB的宇宙微波背景的银河系星际物质。由于尘埃成分，由CMB阴影引起的温度各向异性的幅度约为1 uK。该值与即将进行的CMB实验中探测非高斯性研究所需的噪声水平相当。此外，由尘埃引起的CMB阴影所引起的偏振幅度与原始引力波所留下的CMB B模式偏振的RMS值相当或更大。我们表明，应用单幂律模型作为观测到的多频数据的尘埃光谱引入系统误差，这是可比的或大于所需的噪声水平即将CMB B模式偏振实验。从亚毫米波段数据中推导出尘埃发射的本征谱，将系统误差降低到所需的噪声水平以下。然而，这种方法要求粉尘温度测量的精度优于百分之几。我们的结论是，在未来的CMB任务中，必须考虑由于灰尘的CMB阴影，以实现其目标灵敏度。我们的结果对于探测张量标量比为r=10^{-3}的原始CMB B模偏振具有重要意义。
2020-05-06 astro-ph.CO astro-ph.GA
Photon-photon interactions as a source of CMB circular polarization
由中性氢背景介导的光子-光子相互作用可以通过完全正向过程[gamma+gamma+atom-> gamma+ gamma+atom]将平面偏振转换为圆偏振，其中只有光子偏振发生变化。对于角尺寸小于1/300且具有大平面偏振的某些区域，圆偏振强度与平面偏振强度的比率被预测为10^{-5}的数倍。
2013-04-02 astro-ph.CO hep-ph
Generation of Circular Polarization of CMB via Polarized Compton Scattering
宇宙学的标准方案预测通过汤姆逊散射的宇宙微波背景辐射（CMB）的线性偏振的可测量量，而通过该方案，圆偏振的产生被排除在外。另一方面，在观测证据中并未排除CMB的圆偏振。本文研究了宇宙微波背景辐射光子与极化宇宙电子的康普顿散射产生圆极化。我们考虑极化康普顿散射的动机来自于大尺度外磁场的影响、手征磁不稳定性和宇宙电子的新物理相互作用。结果表明，在标量微扰的作用下，极化康普顿散射的阻尼项可以在CMB辐射中产生圆极化，使得CMB圆极化功率谱$C_l^{V(S)}$正比于CMB温度各向异性功率谱$C_l^{I(S)}$，也正比于$δ^2$，后者是极化电子数密度占净左旋或右旋极化总电子数密度的分数.我们已经讨论过，至少我们需要$δ<10^{-4}$来找到与所报道的CMB圆偏振上限的一致性。
2018-10-29 astro-ph.CO astro-ph.HE hep-ph
