非均匀中和导致的宇宙微波背景极化

我们研究了由于 patchy 中和（不均匀中和）导致的宇宙微波背景（CMB）极化各向异性信号。人们已经熟知，CMB 的原始极化对中和细节极其敏感。我们结合半分析模型（其中中和光程在 0.014 到 0.048 范围内）与高分辨率 N 体模拟，发现中和产生一个在大尺度上振幅为 0.05~0.15 μK 的峰值。该峰的位置揭示了中和时期的视界大小，而其振幅则衡量中和光程。 在小尺度上，中和前的离子化区域会通过自由电子密度涨落与温度各向异性的二次偶极子耦合，产生第二阶极化信号。仔细研究表明，这种耦合会为电模和磁模产生相同的功率谱，其极化各向异性振幅预计为约 10nK。该振幅对总带密度 $\Omega_b$ 以及离子化区域中自由电子密度的空间相关性高度敏感，而对可逃逸其源星系的致电子光子比例 $f_{esc}$ 仅略有依赖。第一阶和第二阶信号因此对中和过程的细节具有高度敏感性。检测这些信号将对宇宙中和历史提出重要约束。