BICEP / Keck XVII: Line of Sight Distortion Analysis: Estimates of Gravitational Lensing, Anisotropic Cosmic Birefringence, Patchy Reionization, and Systematic Errors
P.A.R. Ade
,
Z. Ahmed
,
M. Amiri
,
D. Barkats
,
R. Basu Thakur
,
C.A. Bischoff
,
D. Beck
,
J.J. Bock
,
H. Boenish
,
E. Bullock
,
V. Buza
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J.R. Cheshire
,
J. Connors
,
J. Cornelison
,
M. Crumrine
,
A. Cukierman
,
E.V. Denison
,
M. Dierickx
,
L. Duband
(1)
,
M. Eiben
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S. Fatigoni
,
J.P. Filippini
,
S. Fliescher
,
C. Giannakopoulos
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N. Goeckner-Wald
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D.C. Goldfinger
,
J. Grayson
,
P. Grimes
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G. Hall
,
G. Halal
,
M. Halpern
,
E. Hand
,
S. Harrison
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S. Henderson
,
S.R. Hildebrandt
,
J. Hubmayr
,
H. Hui
,
K.D. Irwin
,
J. Kang
,
K.S. Karkare
,
E. Karpel
,
S. Kefeli
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S.A. Kernasovskiy
,
J.M. Kovac
,
C.L. Kuo
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K. Lau
,
E.M. Leitch
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A. Lennox
,
K.G. Megerian
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L. Minutolo
,
L. Moncelsi
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Y. Nakato
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T. Namikawa
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H.T. Nguyen
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R. O'Brient
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R.W. Ogburn
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S. Palladino
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M. Petroff
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(1)
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C.D. Reintsema
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A. Schillaci
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R. Schwarz
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B.L. Schmitt
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C.D. Sheehy
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B. Singari
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A. Soliman
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T. St. Germaine
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B. Steinbach
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R.V. Sudiwala
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G.P. Teply
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K.L. Thompson
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J.E. Tolan
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C. Tucker
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A.D. Turner
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C. Umilta
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C. Verges
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A.G. Vieregg
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A. Wandui
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A.C. Weber
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D.V. Wiebe
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J. Willmert
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C.L. Wong
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W.L.K. Wu
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H. Yang
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K.W. Yoon
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C. Yu
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L. Zeng
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C. Zhang
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Résumé
We present estimates of line-of-sight distortion fields derived from the 95 GHz and 150 GHz data taken by BICEP2, BICEP3, and Keck Array up to the 2018 observing season, leading to cosmological constraints and a study of instrumental and astrophysical systematics. Cosmological constraints are derived from three of the distortion fields concerning gravitational lensing from large-scale structure, polarization rotation from magnetic fields or an axion-like field, and the screening effect of patchy reionization. We measure an amplitude of the lensing power spectrum $A_L^{\phi\phi}=0.95 \pm 0.20$. We constrain polarization rotation, expressed as the coupling constant of a Chern-Simons electromagnetic term $g_{a\gamma} \leq 2.6 \times 10^{-2}/H_I$, where $H_I$ is the inflationary Hubble parameter, and an amplitude of primordial magnetic fields smoothed over 1 Mpc $B_{1\text{Mpc}} \leq 6.6 \;\text{nG}$ at 95 GHz. We constrain the root mean square of optical-depth fluctuations in a simple "crinkly surface" model of patchy reionization, finding $A^\tau<0.19$ ($2\sigma$) for the coherence scale of $L_c=100$. We show that all of the distortion fields of the 95 GHz and 150 GHz polarization maps are consistent with simulations including lensed-$\Lambda$CDM, dust, and noise, with no evidence for instrumental systematics. In some cases, the EB and TB quadratic estimators presented here are more sensitive than our previous map-based null tests at identifying and rejecting spurious B-modes that might arise from instrumental effects. Finally, we verify that the standard deprojection filtering in the BICEP/Keck data processing is effective at removing temperature to polarization leakage.