再电离产生的团簇因子与 CMB 韧致辐射畸变的半解析描述

宇宙密度反差以物质功率谱及其方差参数化，可放大等离子体中韧致辐射过程的信号。小于暗物质粒子自由流通过程尺度的涨落阻尼对应于大波数 $k$ 处总物质功率谱的抑制。我们通过数值计算修改版 Boltzmann 代码 CAMB 生成的功率谱，针对不同截断参数 $k_{\max}$ 值，推导了各种宇宙学模型和参数下物质功率谱方差的时间演化，并给出了数值结果的合适解析近似。随后，我们刻画了 CMB 韧致辐射谱畸变，计及了来自团簇因子的放大效应。事实上，与星际介质密度反差相关的团簇度随红移减小而增加。分析针对选定的天体物理和现象学宇宙再电离历史进行，评估了团簇因子对韧致辐射畸变的影响，并讨论了预测信号的波长依赖性。最后，我们将之与其他类不可避免的 CMB 谱畸变进行了比较，并展望了未来的观测前景。虽然来自再电离的康普顿化在高频段占主导，但在所考虑的模型中预测的韧致辐射信号在低于约 25 GHz（10 GHz）的频率下对畸变的贡献达到百分之几（百分之几十）的水平，并在低于约 4 GHz 时成为主要特征。研究发现，HI 21-cm 背景产生的宇宙学信号在约 0.1 至 0.2 GHz 之间一个受限的、依赖模型的频率窗口内优于韧致辐射畸变。