Detection of the kinematic dipole with the large-scale structure of the universe

Abstract

ABSTRACT: The Universe according to the cosmological standard model is homogeneous and isotropic at very large scales. Since the Solar System is in motion with respect to the rest frame of the large-scale structure of the Universe a dipole signal is expected. The most paradigmatic case is that of the cosmic microwave background (CMB). The CMB dipole has been studied in many ways over the past decades and has been estimated with high accuracy, notably by the ESA Planck mission. However, tracers of the largescale structure, as radio galaxy surveys can give a complementary evaluation of the dipole from the point of view of additional cosmological probes, helping, both, to corroborate the CMB findings or, eventually, to spot possible departures from isotropy, as reported by some observations. The aim of this project is to estimate the power of the Square Kilometer Array (SKA) telescope, to be operational around 2028, to detect the kinematic dipole. A modulation equivalent to that seen in the CMB has been applied to a set of simulations of the large-scale structure and a method for its measurement is proposed. The dipole signal obtained with SKA in the best case scenario has an amplitude of (4:82±0:23) . 103 in the direction (l; b) = (268:47±5:84 ; 40:93±3:41)⁰. The amplitude and the longitude are in good agreement with the one determined with the CMB, but the latitude shows a deviation. This is caused by the specific geometry of the mask accounting for the expected sky observed by SKA, and, in principle, it is a systematic effect that can be corrected. Still, the precision of the measurements exceeds others obtained with current surveys proving that SKA can become a very important cosmological probe.

RESUMEN: El universo según el modelo cosmológico estándar es homogéneo e isótropo a grandes escalas. Debido a que el sistema solar esta en movimiento respecto al sistema en reposo de la estructura a gran escala del universo se espera encontrar una señal dipolar. El caso más paradigmático es el del fondo cósmico de microondas (CMB). El dipolo del CMB ha sido estudiado de distintas maneras durante las últimas décadas y se ha logrado medir con gran precisión, especialmente por la misión Planck de la ESA. Trazadores de la estructura a gran escala le pueden dar otro enfoque al tema desde el punto de vista de otros observables. Este proyecto pretende estimar la capacidad de detectar el dipolo cinemático de el telescopio Square Kilometer Array (SKA), previsto para hacia 2028. Se ha aplicado una modulación equivalente a la observada en el CMB a un conjunto de simulaciones de la estructura a gran escala y se propone un método para su medida. La señal dipolar obtenida con SKA en el mejor caso posible tiene una amplitud de (4:82±0:23) . 103 en dirección a (l; b) = (268;47±5;84 ; 40;93±3;41)⁰. La amplitud y la longitud son compatibles con los valores obtenidos del dipolo del CMB, pero la latitud muestra una desviación. La causa de esto es la geometría de la mascara que representa el cielo observado por SKA y, en principio, es un efecto sistemático que puede ser corregido. Aun así, la precisión de las medidas es considerablemente mejor que las tomadas con catálogos actuales, demostrando que SKA se puede convertir en un instrumento cosmológico muy importante.