First Constraints on the Epoch of Reionization Using the non-Gaussianity of the Kinematic Sunyaev-Zel'dovich Effect from the South Pole Telescope and {\it Herschel}-SPIRE Observations
S Raghunathan
,
P.A.R Ade
,
A.J Anderson
,
B Ansarinejad
,
M Archipley
,
J.E Austermann
,
L Balkenhol
(1)
,
J.A Beall
,
K Benabed
(1)
,
A.N Bender
,
B.A Benson
,
F Bianchini
,
L.E Bleem
,
J Bock
,
F.R Bouchet
(1)
,
L Bryant
,
E Camphuis
(1)
,
J.E Carlstrom
,
T.W Cecil
,
C.L Chang
,
P Chaubal
,
H.C Chiang
,
P.M Chichura
,
T.-L Chou
,
R Citron
,
A Coerver
,
T.M Crawford
,
A.T Crites
,
A Cukierman
,
C Daley
,
K.R Dibert
,
M.A Dobbs
,
A Doussot
(1)
,
D Dutcher
,
W Everett
,
C Feng
,
K.R Ferguson
,
K Fichman
,
A Foster
,
S Galli
(1)
,
J Gallicchio
,
A.E Gambrel
,
R.W Gardner
,
F Ge
,
E.M George
,
N Goeckner-Wald
,
R Gualtieri
,
F Guidi
(1)
,
S Guns
,
N Gupta
,
T de Haan
,
N.W Halverson
,
E Hivon
(1)
,
G.P Holder
,
W.L Holzapfel
,
J.C Hood
,
J.D Hrubes
,
A Hryciuk
,
N Huang
,
J Hubmayr
,
K.D Irwin
,
F Kéruzoré
,
L Knox
,
M Korman
,
K Kornoelje
,
C.-L Kuo
,
A.T Lee
,
K Levy
,
D Li
,
A.E Lowitz
,
C Lu
,
A Maniyar
,
J.J Mcmahon
,
F Menanteau
,
M Millea
,
J Montgomery
,
C. Corbett Moran
,
Y Nakato
,
T Natoli
,
J.P Nibarger
,
G.I Noble
,
V Novosad
,
Y Omori
,
S Padin
,
Z Pan
,
P Paschos
,
S Patil
,
K.A Phadke
,
K Prabhu
,
C Pryke
,
W Quan
,
M Rahimi
,
A Rahlin
,
C.L Reichardt
,
M Rouble
,
J.E Ruhl
,
B.R Saliwanchik
,
K.K Schaffer
,
E Schiappucci
,
C Sievers
,
G Smecher
,
J.A Sobrin
,
A.A Stark
,
J Stephen
,
A Suzuki
,
C Tandoi
,
K.L Thompson
,
B Thorne
,
C Trendafilova
,
C Tucker
,
C Umilta
,
T Veach
,
J.D Vieira
,
M.P Viero
,
Y Wan
,
G Wang
,
N Whitehorn
,
W.L.K Wu
,
V Yefremenko
,
M.R Young
,
J.A Zebrowski
,
M Zemcov
S Raghunathan
- Fonction : Auteur
P.A.R Ade
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A.J Anderson
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B Ansarinejad
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M Archipley
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J.E Austermann
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J.A Beall
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A.N Bender
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B.A Benson
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F Bianchini
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L.E Bleem
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L Bryant
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J.E Carlstrom
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T.W Cecil
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C.L Chang
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P Chaubal
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P.M Chichura
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T.-L Chou
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R Citron
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A Coerver
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T.M Crawford
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A.T Crites
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A Cukierman
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C Daley
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K.R Dibert
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M.A Dobbs
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D Dutcher
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W Everett
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C Feng
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K.R Ferguson
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A Foster
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A.E Gambrel
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R.W Gardner
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F Ge
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E.M George
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N Goeckner-Wald
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R Gualtieri
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S Guns
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N Gupta
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T de Haan
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N.W Halverson
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G.P Holder
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W.L Holzapfel
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J.C Hood
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J.D Hrubes
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A Hryciuk
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N Huang
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J Hubmayr
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K.D Irwin
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F Kéruzoré
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L Knox
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M Korman
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K Kornoelje
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C.-L Kuo
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A.T Lee
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A.E Lowitz
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J.J Mcmahon
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M.R Young
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J.A Zebrowski
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M Zemcov
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Résumé
We report results from an analysis aimed at detecting the trispectrum of the kinematic Sunyaev-Zel'dovich (kSZ) effect by combining data from the South Pole Telescope (SPT) and {\it Herschel}-SPIRE experiments over a 100 ${\rm deg}^{2}$ field. The SPT observations combine data from the previous and current surveys, namely SPTpol and SPT-3G, to achieve depths of 4.5, 3, and 16 $\mu {\rm K-arcmin}$ in bands centered at 95, 150, and 220 GHz. For SPIRE, we include data from the 600 and 857 GHz bands. We reconstruct the velocity-induced large-scale correlation of the small-scale kSZ signal with a quadratic estimator that uses two cosmic microwave background (CMB) temperature maps, constructed by optimally combining data from all the frequency bands. We reject the null hypothesis of a zero trispectrum at $10.3\sigma$ level. However, the measured trispectrum contains contributions from both the kSZ and other undesired components, such as CMB lensing and astrophysical foregrounds, with kSZ being sub-dominant. We use the \textsc{Agora} simulations to estimate the expected signal from CMB lensing and astrophysical foregrounds. After accounting for the contributions from CMB lensing and foreground signals, we do not detect an excess kSZ-only trispectrum and use this non-detection to set constraints on reionization. By applying a prior based on observations of the Gunn-Peterson trough, we obtain an upper limit on the duration of reionization of $\Delta z_{\rm re, 50} < 4.5$ (95% C.L). We find these constraints are fairly robust to foregrounds assumptions. This trispectrum measurement is independent of, but consistent with, {\it Planck}'s optical depth measurement. This result is the first constraint on the epoch of reionization using the non-Gaussian nature of the kSZ signal.