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1 La mission B-Pol Groupe mission France (SAMPAN): François Bouchet, Martin Bucher, François-Xavier Désert, Michel Piat, Nicolas Ponthieu « a Class M space.

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1 1 La mission B-Pol Groupe mission France (SAMPAN): François Bouchet, Martin Bucher, François-Xavier Désert, Michel Piat, Nicolas Ponthieu « a Class M space mission aimed at detecting the primordial gravitational waves generated during inflation » LOI: De Bernardis, Bouchet, Kreysa, Efstathiou, Martinez Pour la collaboration Bpol: Denmark, France, Germany, Ireland, Italy, Norway, Portugal, Romania, Spain, Sweden, and the United Kingdom

2 2 Lhéritage de SAMPAN : Etude CNES de phase 0 Cruciale pour établir la faisabilité Participation: CNES PASO (Coord: J. Michaud) Air Liquide Alcatel Laboratoires (IAP, LAOG, CRTBT, IAS, APC) Instrument BPol très fortement inspiré de SAMPAN Objectifs scientifiques identiques SAMPAN

3 3 Conclusions de létude SAMPAN Etude dun concept original La seule évaluation chiffrée au niveau européen Pas de « show stoppers » Thermique: V-grooves repli é s Plusieurs solutions de « despin » identifiées Pistes techniques pour améliorations/optimisations supplémentaires Etudes complémentaires en cours: Effets systématiques, en particulier les lobes lointains Avant-plans Analyse des données R&D: Matrices de bolomètres pour la mesure de la polarisation Stabilité de linstrument à long terme Qualité optique SAMPAN

4 4 De SAMPAN à BPol… 1. Objectifs scientifiques 2. Evolutions par rapport à SAMPAN 3. Organisation scientifique 4. Contribution envisagée pour la France

5 5 Inflation ? t = s T = GeV Surface des dernières diffusions ( sur e) t = ans T = 0,3 eV = 3000 K Grandes structures du voisinage t=13,7 Gans T=2,725 K Le paradigme cosmologique

6 6 Que savons-nous? Anisotropies du CMB: statistique conforme au modèle (WMAP, expériences sol et ballon) Cadre cohérent Présence doscillations harmoniques en faveur de linflation Quelle inflation, quand? Fond dondes gravitationnel stochastique Perturbations tensorielles (en plus des fluctuations de densité) Spectre P T =A T.k nT Amplitude liée à léchelle dénergie de linflation: Pente n T reliée aux amplitudes dans lensemble des modèles slow roll Test de linflation (n T = - r/8, with r = A T /A S T/S) 3years Cible naturelle: léchelle GUT (à t~ sec)

7 7 (Boyle, Steinhardt, Turok - astroph/ ) Prédiction des modèles dinflations sur les fluctuations scalaires et tensorielles r=T/S r ~ est assez g é n é rique (contraint une classe int é ressante)

8 8 3 observables : T, E, B Modes B: Pas g é n é r é par des modes scalaires Smoking gun des perturbations tensorielles Au mieux 300 fois plus faible que les fluctuations en T Cas T/S = r = 0.1 (fig), soit E inf =2 x GeV. Spectre du mode B maximum pour l 1 deg Spectres de puissance du CMB ( 180 / l) Température : ~100µK RMS Mode B : < 300nK RMS Mode E : ~4µK RMS TE

9 9 T E T+ E+ B+ Lentillage du CMB Grandes structures: E transformé en B… ( bruit blanc ~5μK.arcmin)

10 10 Modes B ~5μK.arcmin A white noise level of 5μK.arcmin implies fluctuation with an rms of 5/ μK in a pixel of size i.e. typically 100 nK in a 50 arcmin pixel (~B GW signal for T/S ~ ) (NB: Temperature ~ 100 μK)

11 11 Planck et les modes B Planck (2008) Sensibilité limitée par le bruit de confusion et par les avant-plans non polarisés expérience ultime pour les anisotropies en T Planck et la polarisation Sensibilité limitée par linstrument Mesure marginale des modes B… C L lensing r =T/S = 0.1

12 12 Stratégie en terme de sensibilité Case: if r = T/S > (E inf > GeV) C T > C L at l <~ 100 slope n T easy to measure if r = T/S > (E inf > GeV) C T > C L only at l <~ 20 amplitude A T easy to measure If r is lower, C T < C L at all scale Cleaning necessary Objectif naturel en sensibilité: C Bruit = C L ~5 μ K.arcmin Planck/12 WMAP HFI SAMPAN

13 13 Sensibilité en spectres de puissance du CMB l bounds region (at left) with modes S/N >1 5 μ K.arcmin, 20arcmin FWHM l~90 l~10 l~160 l~1140 l~800 l~ μ K.arcmin, 12arcmin FWHM 60 μ K.arcmin, 5.5arcmin FWHM l~1600 l~720 l~7 BPol WMAP Planck r

14 14 Analyse en paramètres cosmologiques Fond dondes gravitationnelles: détecté à 3 pour r 2 x Sans prendre en compte le reionisation bump (augmentation du spectre dun facteur ~100 pour l < 20) (it confirms that other cosmological parameters can be derived with enough precision by the experiment)

15 15 Architecture de linstrument BPol Mission M Stabilité Couverture complète du ciel (bas l) Fréquences Base de linstrument: SAMPAN Orbite L2 Optique réfractive Diamètre 30cm, 20 arcmin à 217GHz Cryogénie: Refroidissement passif ~50K Cryostat LHe ou SH Cryogénie 100mK Détecteurs bolométriques: détecteurs polarisés Sans cornet Canaux: 100GHz, 143GHz, 217GHz et 353GHz Stratégie dobservation: ~1 demi-ciel en 2 jours Spin rapide afin de moduler la polarisation Nutation, précession (redondances) SAMPAN Optimisations possibles (Simplification, diminution des coûts)

16 16 Optimisations possibles par rapport à SAMPAN Spin moins rapide, système interne de modulation de la polarisation Lobes parasites Extension du relevé aux basses fréquences Avant-plans Utilisation de cornets et OMTs? Lobes parasites, pureté en terme de polarisation Optique avec miroir? Qualité optique

17 17 Organisation scientifique PI: Paolo de Bernardis Steering group: P. De Bernardis, F. Bouchet, G. Efstathiou, E. Kreysa, R. Rebolo Objectifs Scientifiques: Martin Bucher, Carlo Burigana Orbite, stratégie de balayage, lanceur: Nicolas Ponthieu, Francesco Piacentini Payload instrument: Lucio Piccirillo Optique: Bruno Maffei, Fabrizio Villa Détection: Michel Piat, Stafford Withington Cryogénie: François-Xavier Désert, Silvia Masi Opérations scientifiques et archivage: Radek Stompor, Anthony Challinor, Natoli Facteurs technologique clés et spacecraft: Michel Piat, Lucio Piccirillo, steering group

18 18 Ordre de grandeur co û ts SAMPAN (ROM cost, sans optimisation) Satellite: 340M Dont instrument: ~50M Tout intégré avec marges: ~525M, dont: Marges industrie: 35M Lancement: 50M Ground segment: 10M Marges système: 90M BPol: Discussions en cours…

19 19 Contribution envisagée pour la France Cha î ne de d é tection: R&D DCMB Matrice de bolomètres Electronique de lecture mutlipléxée (chaude et froide) Acquisition Cha î ne cryog é nique Acquis Planck-HFI Air Liquide, Alcatel Analyse des données, segment sol Expertise acquise dans le cadre du DPC Planck Matrice DCMB 204 pixels NbSi ASIC SiGe Big-Bang

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