瑞利散射对宇宙微波背景辐射及宇宙结构的影响

在复合期及其之后，光子除了与自由电子发生汤姆逊散射外，还通过瑞利散射与中性氢和氦原子耦合。这种耦合既影响宇宙微波背景辐射（CMB）的各向异性，也影响宇宙中的物质分布。瑞利散射截面的频率依赖性破坏了 CMB 温度和偏振各向异性的热性质，有效地使描述 CMB 强度和偏振统计所需的变量数目增加了一倍；而额外的原子耦合则改变了物质分布及 CMB 的引力透镜效应。我们引入了一种新方法来捕捉瑞利散射对宇宙学功率谱的影响。瑞利散射在 $353 {\rm GHz}$ 处将 CMB 温度和偏振各向异性修改了约 $\sim\!1 \%$（按 $\propto \nu^4$ 缩放），并将物质相关性修改了高达 $\sim\!0.3\%$。我们表明，即使存在前景干扰，未来的 CMB 任务仍可能探测到瑞利信号，尤其是热（瑞利）E 模偏振与瑞利（热）强度信号之间的互功率谱；并且这种新信息可能有助于更好地限制宇宙学参数。