受激Compton散射与Doppler增宽导致的CMB谱低频特征演化

我们讨论了Kompaneets方程的一种新解，适用于低频光子形成相对窄谱细节的物理情形，这些光子在各项同性、无限介质中发生Compton散射，介质中存在与自由电子非常接近完全热力学平衡的强环境黑体场。在此情形下，由背景诱导的受激Compton散射使光子向高频方向的运动相比仅考虑Doppler增宽和加速的解减慢了3倍。这一新解对于详细计算早期宇宙中由氢和氦的未补偿原子跃迁引起的宇宙微波背景谱畸变具有重要意义。此外，我们推导了另一个解析解，该解仅包含背景诱导的受激Compton散射，适用于幂律环境辐射场。该解可能对明亮河外射电源内部产生的射电谱线具有有趣的应用，根据我们的估计，由背景诱导的受激散射导致的谱线位移可能被放大，甚至超过Doppler效应导致的谱线增宽。