利用 Sunyaev-Zel'dovich 效应探究宇宙再电离的物理机制与历史
宇宙学与河外天体物理
2016-10-26 v1
摘要
我们在此研究一种探测黑暗时代（DA）与再电离时代（EoR）的替代技术，该技术利用了受该时期与 21-cm 辐射背景出现相关的物理效应所改动的 CMB 谱的康普顿化。存在于星系团、射电星系瓣和星系晕等宇宙结构大气中的热与非热电子，对 21-cm 光子背景产生逆康普顿散射，从而形成一种特定形式的 Sunyaev-Zel'dovich 效应（SZE），我们称之为 SZE-21cm。我们在广义相对论框架下推导了 SZE-21cm，该框架是描述这一天体物理效应正确光谱特征所必需的。我们计算了星系团和射电星系瓣中热与非热 SZE-21cm 的光谱特征，及其对 DA 和 EoR 期间发生的物理机制历史的依赖关系。我们研究了如何利用 SZE-21cm 的光谱形状来确定在 EoR 期间及之前产生的平均 21-cm 光谱的全局特征，以及它如何取决于宇宙结构中等离子体（热与非热）的性质。我们发现，热与非热 SZE-21cm 具有独特的光谱形状，能够用于研究 EoR 和 DA 的物理机制与历史。其光谱取决于气体温度（对于热 SZE-21cm）和电子最小动量（对于非热 SZE-21cm）。对于温度在 5 至 20 keV 范围内的星系团，SKA1-low 可以在 MHz 频率范围内（在约 1000 小时内）探测到全局 SZE-21cm 信号，并且 SKA1 或 SKA2 可以在取决于背景模型和星系团温度的频率下探测到 SZE-21cm 与标准 SZE 之间的差异。[节选]
引用
@article{arxiv.1607.07723,
title = {Probing the physics and history of cosmic reionization with the Sunyaev-Zel'dovich Effect},
author = {S. Colafrancesco and P. Marchegiani and M. S. Emritte},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.07723},
year = {2016}
}
备注
A&A, in press; 16 pages, 21 figures