On the future combination of Planck and LiteBIRD data: gravitational lensing effect

Abstract

ABSTRACT: The main objective of this work is to study how we can combine the data from the Cosmic Microwave Background (CMB) experiments Planck and the upcoming LiteBIRD in order to improve the estimation of the gravitational lensing effect. This effect deffects the CMB photons along their path to us and it is an important cosmological probe as it traces the distribution of matter in the Universe. Along this work, CMB maps have been simulated taking into account a simplifed experimental framework, including white instrumental noise, limited angular resolution, and partial sky coverage. Using the quadratic estimators from Okamoto & Hu [1], the map of the gravitational lensing potential can be reconstructed from the observed CMB maps. The results provided in this document show that combining both experiments is a great idea because they are complementary. While Planck has measured very precisely CMB temperature, LiteBIRD will measure CMB polarization with an unprecedented precision. Consequently, the estimated full-sky signal-to-noise ratio of the lensing potential for the combination will be of about 130, whereas for each individual experiment is approximately of 86 for Planck and 88 for Lite-BIRD. It implies an improvement of about a 50% in the lensing potential reconstruction when combining both experiments.

RESUMEN: El objetivo principal de este trabajo es estudiar cómo combinar los datos de los experimentos de Fondo Cósmico de Microondas (FCM) Planck y la futura misión LiteBIRD con el fin de mejorar la estimación del efecto lente gravitacional. Este efecto detecta los fotones del FCM a lo largo de su camino hacia nosotros y es una importante sonda cosmológica ya que traza la distribución de materia en el Universo. A lo largo de este trabajo se han simulado mapas del FCM teniendo en cuenta un marco experimental simplificado, incluyendo ruido instrumental blanco, resolución angular limitada y cobertura parcial del cielo. A partir de los mapas simulados y utilizando los estimadores cuadráticos de Okamoto & Hu [1], el mapa del potencial gravitatorio ha podido ser reconstruido. Los resultados que aparecen en este documento muestran que combinar ambos experimentos es una gran idea porque son complementarios. Mientras que Planck ha medido con gran precisión la temperatura del FCM, LiteBIRD medirá con una precisión sin precedentes la polarización del FCM. Consecuentemente, la razón señal-ruido estimada a cielo completo para la combinación de ambos experimentos será aproximadamente de 130, mientras que para cada experimento de forma individual se estima que es 86 para Planck y 88 para LiteBIRD. Esto implica una mejora del 50% en la reconstrucción del potencial al combinar ambos experimentos.