Efectos sistemáticos en futuros experimentos de polarización del CMB para la detección de las ondas gravitacionales primordiales

Abstract

ABSTRACT: The B-mode pattern of the polarization of the Cosmic Microwave Background (CMB) is the imprint of the Primordial Gravitational Waves (PGW) during the inflation period. Nowadays, several experiments have been dedicated to observe the B-mode polarization signal but it has not been discovered yet. In the future, there will be some new experiments specialized in detecting the CMB polarization, touching the 0.001 limit of the parameter r, the tensor-to-scalar ratio which is an indicator about the strength of PGW. The weak signal from B-mode polarization together with the noises and systematic effects make the detection extremely hard. In this paper, we mainly evaluated the different influences of three relevant systematic effects, polar ization angle mismatch, pointing error and beam calibration imperfection acting on four future experiments: LiteBIRD, PICO, Simons Observatory and CMB Stage-4. We showed that to reach an 1% increment in the uncertainty (error) in the parameter r, the polarization angle should be calibrated within 3’-22’ and the pointing direction should be calibrated within 1’-4’, depending on the experiment. On the other hand, the uncertainties in the beam calibration of the sidelobes affect the error in r in a wide range from 0.05% to 200% for the different experiments.

RESUMEN: El patrón de polarización del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) dado por el modo B representa la huella dejada por las Ondas Gravitacionales Primigenias (PGW) durante el periodo inflacionario. Actualmente, varios experimentos han sido dedicados a observar la señal del modo B de polarización pero no ha sido descubierta todavía. En el futuro, habrá nuevos experimentos especializados en detectar la polarización del CMB, alcanzando el límite de 0.001 en el parámetro r, la razón tensorial-scalar que es un indicador de la amplitud de las PGW. La débil señal del modo B de polarización junto con el ruido instrumental y los efectos sistemáticos hacen que la detección sea extremadamente difícil. En este trabajo, consideramos la influencia de tres efectos sistemáticos relevantes, el desajuste en el ángulo de polarización, el error del apuntado y la incertidumbre en la calibración del haz, actuando sobre cuatro experimentos futuros: LiteBIRD, PICO, Simons Observatory y CMB Stage-4. Se muestra que para alcanzar un incremento del 1% en la incertidumbre del parámetro r, el ángulo de polarización debería de ser calibrado en el rango 30 − 220 y la dirección en el apuntado debería de ser calibrada en el rango 10 − 40, dependiendo del experimento. Por otro lado, las incertidumbres en la calibración de los lóbulos laterales del haz afectan al error en r en un rango amplio desde 0.05% hasta 200% para los diferentes experimentos.