利用 CMB 谱畸变各向异性探索补偿等曲率扰动

我们发展了宇宙微波背景 (CMB) 谱 $y$-畸变的线性扰动理论。复合时期产生的 $y$-畸变通常可忽略,因为那时康普顿散射导致的能量转移被强烈抑制,但若存在大量的补偿等曲率扰动 (CIP),它们就可能显著,而 CIP 目前未被现有 CMB 观测严格限制。线性 $y$-畸变显式依赖于重子密度涨落,因此 $y$ 各向异性可完全解除重子等曲率扰动与冷暗物质等曲率扰动之间的简并。这一新方法不受透镜污染的干扰,而基于 CMB 各向异性非线性调制的先前 CIP 研究方法会受此影响。我们计算了 $y$-畸变与 CMB 温度及各向异性 $E$ 模偏振的互相关函数。它们对由 $f'\equiv\mathcal P_{\rm CIP\zeta}/\mathcal P_{\zeta \zeta}$ 参数化的相关 CIP 敏感,其中 $\mathcal P_{\zeta \zeta}$ 和 $\mathcal P_{\rm CIP\zeta}$ 分别为绝热扰动的自身相关以及它们与 CIP 的互相关。我们研究了在未来观测(如类 PIXIE、类 PRISM 巡天、LiteBIRD 以及宇宙方差极限 (CVL) 巡天)中 $y$ 各向异性对 $f'$ 的约束程度,并考虑了来自星系团 Sunyaev Zel'dovich 效应造成的约束能力退化。例如,我们的预言显示,LiteBIRD 可在 68% 置信水平达到 $f'< 2 \times 10^{5}$ 的上限,CVL 观测可达 $f'<2\times 10^{4}$。