原初磁场下星系际介质中的热 Sunyaev-Zel'dovich 效应

对来自星系或星系际介质（IGM）的辐射和宇宙射线的观测表明，宇宙中普遍存在磁场。宇宙磁场的一个可能起源是原初宇宙中的磁产生机制。这种磁场被称为原初磁场（PMFs），被认为会影响物质密度涨落的演化和 IGM 气体的热历史。因此，PMFs 的信息预计会通过 IGM 中的热 Sunyaev-Zel'dovich（tSZ）效应印刻在宇宙微波背景（CMB）的各向异性上。在本研究中，给定 PMFs 的初始功率谱为 $P(k)\propto B_{\rm 1Mpc}^2 k^{n_{B}}$，我们计算了 PMFs 影响下 IGM 的动力学和热演化，并计算了由此产生的天空中 Compton $y$ 参数的角功率谱。结果表明，由 PMFs 驱动的两个物理过程主导了 Compton $y$ 参数的功率谱： 双极扩散引起的加热有效地增加了温度和电离度； 洛伦兹力在复合时期之后极大地增强了密度对比。这些事实导致，即使 $B_{\rm 1Mpc}=0.1$ nG 且 $n_{B}=-1.0$，在 $\ell >10^4$ 处由 PMFs 引起的 tSZ 角功率谱也比星系团引起的更为显著，因为星系团的贡献随 $\ell$ 增加而减小。在高 $\ell$ 模式上测量 tSZ 角功率谱可以对 PMFs 提供严格的约束。