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Studi di OsservazioneStudi di Osservazione dell’Universo

Polarizzazione del Fondo a Mi dMicroonde

N. Mandolesi and COFIS WP2300

Studi di Osservazione dell'Universo N.Mandolesi

CMB Polarization Relevance ICMB Polarization Relevance - I

EE d i l f• EE modes: crucial for– Cosmological parameter estimation

• Removal of degeneracies existing with only TT– Particular sensitivity to various

astrophysical/cosmological phenomena:• Modeling of reionization, magnetic fields, …

• Polarization+T cross-correlation modes– TE (but also TB)( )

• TE: e.g. reionization• TB: e.g. violation of symmetriesg y


CMB Polarization Relevance IICMB Polarization Relevance - II

BB d i l f l U i• BB modes: crucial for early Universe– Inflation:

E l f i fl ti• Energy scale of inflation• Primordial gravitational waves• Tensor/scalar ratio of primordial perturbationsp p

– Alternatives to inflation• e.g. topological defects

• Polarization cross-correlation modes– EB:

i l i f i• e.g. violation of symmetries• e.g. primordial magnetic fields


Angular scales for B modesAngular scales for B-modes

• Small-scale experiments (l>100)( )– Mainly targeted to B modes @ high multipoles– Where lensing contribution is expected to dominateg p

• Large/intermediate-scale experiments (l < 100)– Mainly targeted to primordial B modes through theMainly targeted to primordial B modes through the

detection/study of two bumps• Reionization bump @ low l (< 20) • Raising of power & first primordial peak from gravitational

waves, l ~ 30 - 100


Sky Polarization Surveys in the microwavesy y

• Analysis of foreground components in• Analysis of foreground components in polarization:

Galactic polarized foregrounds in particular:– Galactic polarized foregrounds, in particular:• Synchrotron emission• Dust emission• Anomalous component (?)

– Improvement of 3D physical Galactic model– Extragalactic foregrounds:

• Radio sources• Far-IR sources

– Physical processes in active and early galaxies


Planck & Polarization

B-modestowards r = T/S ~ 10-1 – some × 10-2towards r T/S 10 some × 10


EE polarization modesEE polarization modes


BB mode detectiondetection

Th fi b i f th i lThe figure above is for the nominalPlanck mission (2 sky surveys). An extended mission (4 sky surveys) improves the BB mode detectionimproves the BB mode detectionlimit from r = T/S ~ 10-1 to some × 10-2


Other forthcoming & future l i ti j tpolarization projects


Pre-B-Poltowards r = T/S ~ 10-2

BalloonBalloon


P B P lPre-B-PolCMB vs Foregrounds vs SensitivityStudi di Osservazione dell'Universo

N.Mandolesi

B-Poltowards r = T/S ~ 10-3


B P lB-PolCMB vs Foregrounds vs SensitivityStudi di Osservazione dell'Universo

N.Mandolesi

Soluzioni strumentaliSoluzioni strumentali• Bolometri/TES• Bolometri/TES

– Elevata sensibilitàDimensioni più piccole possibilità di più elementi– Dimensioni più piccole possibilità di più elementi per array

• Radiometri• Radiometri– Architettura ‘naturale’ per polarimetri, senza bisogno

di extra-device per modularedi extra-device per modulare – Temperature operative più alte design criogenico

più semplicepiù semplice– Dimostrata stabilità su tempi lunghi (es. WMAP)


Soluzioni otticheSoluzioni ottiche• Alle frequenze cosmologiche le• Alle frequenze cosmologiche, le

dimensioni dei piani focali sono dominate d i f d h (i di d t t d lldai feed horn (indipendentemente dalla tecnologia dei detector).– Disegno e sviluppo di nuove tecnologie

costruttive (gli horn corrugati offrono ancora le (g gprestazioni migliori in polarizzazione)

– Accurata scelta della configurazione otticaAccurata scelta della configurazione ottica (specchi vs lenti)


St di ibil fi iDesign di array compatti di antenne

Studio possibile configurazione:configurazione modulare a lamelle

t lli hmetalliche per:- feed horn corrugati

OMT- OMT


Array di rivelatoriQUIET (Lawrence et al. 2004)Array di radiometri:91 elementi a 90 GHz91 elementi a 90 GHz19 elementi a 40 Ghz

EBEX (Oxley et al 2005)EBEX (Oxley et al. 2005)Array di bolometri TES a 150, 250, 350 e450 GHz.Fino a 330 rivelatori per piano focale:Fino a 330 rivelatori per piano focale:


Escalation in computer powerEscalation in computer powerPl k f it i l ti d d t l i k

Tfl

Planck, for its simulations and data analysis, makesuse of massive Montecarlo’s in 4 of the top 20 parallel supercomputers of the world

Planck

Tflops

100

1

Balloons (e.g Boomerang)

WMAP

0.1For future CMB experiments(e.g. Bpol) the computingpower needed have to be

COBE

( g g)

Time

0.001

pestimated carefully

Time

ConclusioniConclusioni•Comunità unita, motivata e inserita a livelli di

ll i t t i t i leccellenza in contesto internazionale

AZIONI•Sviluppi tecnologici orientati a kilo- array di rivelatori ( ti/i ti) ti i l i i i tt(coerenti/incoerenti) operanti in polarizzazione: in atto ma occorrono maggiori risorse•Know how per progettazioni sistemistiche + ottiche +•Know-how per progettazioni sistemistiche + ottiche + rivelatori per “pallone pre- B-Pol”: esistente e comunità prontap o ta•B-Pol: missione di 4° generazione (ESA+NASA?)


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