CMB偏光観測衛星 LiteBIRDの概要と現状 国立天文台 先端技術センター 長谷部 孝 他LiteBIRDチーム 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 1 CMB偏光観測によるインフレーション宇宙の検証 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 2 Eモード偏光 ESA / Planck CMBの密度揺らぎが作り出すのはEモード偏光のみ Eモード偏光のパワースペクトル はΛ-CDMと良い一致 Planck 2015 result 3 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 原始重力波によるBモード偏光 Modern Cosmology : Scott Dodelson 45度回転した偏光ベクトルも生じる Tensor perturbation in the gravitational metric and 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 4 次世代CMB偏光観測実験 Ground Satellite 次世代観測プロジェクトへアップグレード中 South pole (Future plan) SPT pol BICEP2 LiteBIRD COrE Keck Array PIXIE Atacama, Chile ACT Pol POLARBEAR/Simons Array CMBpol, BPol, PRISM 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 5 CMB偏光観測の現状 ｌ＜200で特徴的な2つの山 特に l<10ではprimordial dominant 衛星による全天観測で low lの精密測定が可能 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 6 Inflation model の検証 最もシンプルなモデル single-field slow-roll modelでは 以下の関 係式が成り立つ Lyth relation 60 r 0.002 N m pl 2 D. Baumann r>0.002で見つからなければ large field （ Δφ > mpl ） シナリオ棄却 Lyth relationに従うlarge field modelを95%C.L.で検証するためには δr<0.001の精度が必要 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 7 Inflation model の検証 Lyth relation r>0.002で見つからなければ large field （ Δφ > mpl ） シナリオ棄却 Lyth relationに従うlarge field modelを95%C.L.で検証するためには δr<0.001の精度が必要 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 8 LiteBIRDのミッション成功条件 Lensing B mode Primordial B mode at r=0.01 FULL SUCCESS スカラーテンソル比 r の誤差 δr <0.001での測定 EXTRA SUCCESS 地上観測とのcombined dataで delensing → δrをさらに向上 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 9 LiteBIRDの期待感度 r=0.002でもdelensing無しでreionization bumpを見ることが可能 （ｒ=0.001でもOK） ただし前景放射の分離は必須 Recombination bumpが見たければdelensingが必要 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 10 LiteBIRD観測周波数帯 広帯域観測による正確な前景放射分離 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 11 ニュートリノ質量和への制限 R.Allison et al (2015) R.Allison et al (2015) 再電離までのoptical depth τの精度から ニュートリノ質量和への制限が向上する l<20（reionization 領域）での E偏光（密度揺らぎ）測定が必要 ニュートリノ質量階層 問題の解決へ Y.Oyama (2014) 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 12 LiteBIRD衛星観測装置概要 高周波用望遠鏡 回転式半波長板 低周波用焦点面検出器 低周波用望遠鏡 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 13 回転半波長板 信号アップコンバート f→4f （検出器低周波ノイズの低減） 1検出器による偏光測定（検出器間ゲイン差系統誤差の除去） 半波長板素子（サファイア）表面にモスアイ加工 による反射防止構造 超伝導磁石を用いた回転機構 （長寿命・低発熱） Y.Sakurai, JPS2016 素子多層化によって観測周波数帯をカバー 実機サイズモデルの開発に向けた検証中 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 14 Telescope (LFT and HFT) High Frequency Telescope (HFT) 屈折光学系を検討 Low Frequency Telescope (LFT) 水口ドラゴン型光学系 省スペース・低交差偏波・軽量 GRASPシミュレーションを用いた LFTの多重反射によるサイドローブ計算 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 15 焦点面検出器 Transition-Edge Sensor LFT焦点面検出器アレイ（40-235GHz, 12バンド） sub-K 冷凍機（ADR） LFT焦点面 HFT焦点面 HFT焦点面検出器アレイ（280, 337, 402GHz） 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 SQUIDアンプ 16 冷却系 K.Mitsuda, Bmode from Space (2015) HWP and ミラー 4K, 検出器0.1Kに冷却 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 17 冷却系 JT and ST coolers 冷凍機の構成案 波長板、ミラー 5K 検出器 0.1K 以下に冷却 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 ADR 18 Orbit and Scan Strategy 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 19 Orbit and Scan Strategy S.Uozumi, JPS2016 系統誤差低減のためのスキャン姿勢最適化スタディを進行中 ヒット均一性、姿勢による偏光角の誤差、マップ差し引きによる時間変動成分の除去 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 20 Calibration Item 地上総合較正試験＋機上較正による高精度較正計画の検討 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 21 まとめ ・LiteBIRDは原始重力波起因のCMB Bモード偏光の 精密観測によってインフレーション仮説を検証 （インフレーションの実証 or 標準的モデルの棄却） ・δr<0.001達成のため、前景放射分離（観測バンド、 検出器感度）、統計誤差（検出器数）・系統誤差低減 （回転半波長板、スキャン姿勢、キャリブレーション etc）のための観測システムを構築 ・2025年打ち上げを目指し開発・検討・仕様最適化 第5回観測的宇宙論ワークショップ＠広島大学 22
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