补偿等曲率扰动与宇宙微波背景

宇宙微波背景（CMB）各向异性的测量将光子和非相对论性粒子之间的等曲率涨落限制为次于绝热涨落。然而，令人惊讶的是，重子和暗物质相对数密度的扰动所受的限制非常微弱。事实上，如果重子密度扰动被暗物质扰动所补偿，使得总密度保持不变，那么相当大幅度的重子密度扰动可能存在。这些补偿等曲率扰动（CIPs）在其振幅的线性阶上，于可观测尺度上不会在CMB中留下任何印记。CMB偏振中的B模在再电离时期通过CIPs对光学深度的调制而产生，但这种诱导偏振很小。对CIP振幅已知的最强限制$\lesssim 10$来自星系团的重子比例。本文表明，在$z\sim 1100$汤姆逊散射退耦时及之前，CIP对重子密度的调制会产生比先前所考虑的大几个数量级的CMB效应。偏振B模被诱导产生，不同$lm$的温度/偏振球谐系数之间的相关性也被诱导产生。本文表明，最后散射面上的CIP场可以通过这些高阶相关性来测量。估计了正在进行和未来实验对这些涨落的灵敏度。来自WMAP、ACT、SPT和Spider实验的数据将对振幅$\sim 5-10$的涨落敏感。普朗克卫星和Polarbear实验将对振幅$\sim 3$的涨落敏感。SPTPol、ACTPol和未来的空间偏振方法将探测低至$\sim 0.4$的振幅。在宇宙方差极限下，利用CMB可探测的最低振幅CIPs约为$\sim 0.05$。