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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.43.2021.tde-31052021-162009
Document
Author
Full name
Esteban Ricardo Chalbaud Mogollón
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2021
Supervisor
Committee
Santos, Edivaldo Moura (President)
Quartin, Miguel Boavista
Vitenti, Mariana Penna Lima
Title in English
Kinematic effects and the break of statistical isotropy of the cosmic microwave background fluctuations
Keywords in English
Cosmic Microwave Background
cosmological observations
cosmological parameters.
Abstract in English
In this work, we study the impact of a non-comoving observer measuring the anisotropies of the Cosmic Microwave Background (CMB). We recover the cross-correlation signal appearing in neighboring multipoles, as a consequence of the statistical isotropy violation, caused by the observer's movement. It is also presented the impact of this effect over the temperature and polarization power spectra. We tested the impact of the statistical isotropy violation on cosmological parameters using three different likelihood estimators, which combine temperature and polarization measurements. These estimators were used to restrict a sub-set of cosmological parameters of the $\Lambda$CDM model (more precisely, $\Omega_{b}h^2$, $\Omega_{c}h^2$, $100 \Theta_{MC}, \tau, \ln(10^{10}A_{s})$, $n_{s}$) obtaining constraints on the parameters using CMB anisotropy measurements compatible with a \textit{Planck}-like satellite. No significant systematic effects were found in this subset of $\Lambda$CDM parameters induced by the kinematic effects of an observer with peculiar velocity $\boldsymbol{\beta} = 1.23 \times 10^{-3}$, at least using full-sky CMB maps, in both temperature and polarization. Finally, we built a maximum likelihood estimator based on the combined effects of Doppler modulation and relativistic aberration. This estimator was applied to determine the peculiar velocity $\boldsymbol{\beta}$ using full-sky CMB synthetic maps as input data, as well as Bayesian analysis techniques using Markov chains for reconstructing the posterior probability distributions. During the consistency tests performed, we did not detect any significant bias in the estimator. On the other hand, its precision on the magnitude of peculiar velocity was estimated to be $84$ km s $^{-1}$ and an angular resolution of $11.5^{\circ}$, comparable, therefore, to those obtained, via the quadratic estimator, by the \textit{Planck} collaboration of $78$ km s$^{-1}$ and $14^{\circ}$, respectively.
Title in Portuguese
Efeitos cinemáticos e a quebra de isotropia estatística das flutuações da radiação cósmica de fundo
Keywords in Portuguese
observações cosmológicas
parâmetros cosmológicos.
Radiação cósmica de fundo
Abstract in Portuguese
Neste trabalho, estudamos o impacto de um observador não-comóvel nas anisotropias da Radiação Cósmica de Fundo (RCF). Recuperamos o sinal de correlação cruzada aparecendo em multipolos vizinhos como consequência da violação da isotropia estatística originada pelo movimento do observador. É apresentado o impacto desse efeito, ao nível do espectro de potência das anisotropias tanto para a temperatura como a polarização. Testamos o impacto da violação de isotropia estatística em parâmetros cosmológicos, usando três estimadores diferentes, que combinam tanto medidas de temperatura como de polarização. Estes estimadores foram usados para restringir um conjunto de parâmetros cosmológicos do modelo $\Lambda$CDM (mais precisamente, $ \Omega_{b}h^2$, $\Omega_{c}h ^ 2$, $100\Theta_{MC}$,$ \tau$, $\ln(10^{10}A_{s})$, $n_{s} $) obtendo vínculos nestes parâmetros quando são usadas medições das anisotropias na RCF compatíveis com um satélite do tipo \textit{Planck}. Não foram encontrados efeitos sistemáticos significativos nos parâmetros cosmológicos do modelo $ \Lambda $CDM, induzidos pelos efeitos cinemáticos de um observador com velocidade peculiar $\boldsymbol{\beta} = 1.23\times10^{-3} $, pelo menos usando mapas sintéticos ao ceú inteiro, tanto de temperatura como de polarização. Finalmente, construímos um estimador de máxima verosimilhança baseado nos efeitos combinados de modulação Doppler e aberração relativística. Tal estimador foi aplicado na determinação da velocidade peculiar $\boldsymbol{\beta}$ usando mapas sintéticos como dados de entrada, bem como técnicas de análise Bayesiana utilizando cadeias de Markov para a reconstrução das distribuições de probabilidade a posteriori. Nos testes de consistência realizados, não detectamos a presença de um viés significativo no estimador. Por outro lado, sua precisão foi estimada em 84 km s$^{-1}$ na magnitude da velocidade peculiar e uma resolução angular de $ 11.5^{\circ} $, comparáveis, portanto, àquelas obtidas via estimador quadrático pela colaboração \textit{Planck}, de 78 km s$^{-1}$ e $ 14^{\circ} $, respectivamente.
 
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Publishing Date
2021-06-24
 
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