绝热宇宙微波背景冷却的稳健性及其影响

我们利用最新的苏尼亚耶夫-泽尔多维奇（SZ）效应测量和分子线激发数据，研究了宇宙微波背景（CMB）温度$T_{\rm CMB}(z)$标准绝热演化的潜在偏差，覆盖了$0 < z \lesssim 6$的联合红移范围。我们采用了不同的方法。首先，我们使用高斯过程回归以模型无关的方式重建了$T_{\rm CMB}(z)$的红移演化。最严格的约束来自$z < 1$的SZ测量，而$z > 3$的分子线数据则产生了更宽的不确定性。通过结合两个数据集，我们发现整个分析红移范围内与标准演化具有良好的一致性，推断出当前CMB单极温度为$T_0 = 2.744 \pm 0.019$ K。接下来，我们通过采用参数化$T_{\rm CMB}(z) = T_0(1+z)^{1-\beta}$来测试对标准标度关系的偏离，其中$\beta$量化了对绝热性的偏离，$\beta = 0$对应于标准情景。在此框架下，我们使用高斯过程重建来检验整个红移范围内$\beta = 0$的一致性，并执行$\chi^2$最小化技术以确定$T_0$和$\beta$的最佳拟合值。在两种情况下，我们都发现与标准温度-红移关系具有良好的一致性。$\chi^2$最小化分析得出最佳拟合值为$\beta = -0.0106 \pm 0.0124$和$T_0 = 2.7276 \pm 0.0095$ K，与$\beta = 0$以及来自FIRAS和ARCADE的独立直接测量值$T_0$极好地吻合。我们讨论了这些发现的影响，它们为标准宇宙学预测提供了强有力的经验支持，并对宇宙学张力和基础物理背景下广泛关注的替代场景施加了严格的约束。