计算热星系团Sunyaev-Zeldovich信号的快速精确方法

新一代地面和空间CMB实验通过Sunyaev-Zeldovich (SZ)效应发现了大量星系团，为研究星系团天体物理和宇宙学提供了新窗口。许多新发现的SZ选星系团含有热星系团内等离子体（kTe > 10 keV），并表现出受扰动的形态，表明它们频繁发生具有大本动速度（v > 1000 km s^{-1}）的并合。众所周知，为了解释来自热、运动星系团的SZ信号，必须考虑相对论修正，在本文中，我们提出了一种快速精确计算这些效应的方法。我们的方法基于玻尔兹曼碰撞项的一种替代推导，该推导为散射问题中不同运动学修正的来源提供了新的物理见解。这使得我们能够获得运动学项和散射项的清晰分离，这与先前的工作不同。我们简要提及了与运动学效应相关的额外复杂性，在解释未来单个星系团的SZ数据时应予以考虑。这项工作的主要成果之一是SZpack，一个数值库，它允许在高达高电子温度（kT_e ~ 25 keV）和大本动速度（v/c ~ 0.01）下非常快速且精确（在频率h nu <~ 20kT_g时误差<~0.001%）地计算SZ信号。其精度远超当前和未来SZ观测的精度，实际上消除了与更昂贵的玻尔兹曼碰撞项数值评估相关的不确定性。因此，我们的新方法对于分析未来高分辨率、多频SZ观测以及计算数值模拟预测的SZ效应信号应该是有用的。