Tähtitiede

Onko maailmankaikkeus makroskooppisesti läpinäkyvä CMB: lle? Onko tähtien ja pölyn sieppaama osa niin pieni, ettei sillä ole korjauskerrointa?

Onko maailmankaikkeus makroskooppisesti läpinäkyvä CMB: lle? Onko tähtien ja pölyn sieppaama osa niin pieni, ettei sillä ole korjauskerrointa?

Tausta

Kysymys Miksi jotkut sähkömagneettiset aallot jatkavat kulkemista toisten kadotessa? on mielenkiintoista, ja vastauksen lisäksi aloin kirjoittaa:

Tämä on täydentävä vastaus @ ConnorGarcian vastaukseen käyttämällä kysymyksessä olevaa esimerkkiä. Se ei ole kovin tarkka, mutta se käsittelee osan kysymyksestä:

Kosminen taustasäteily, joka säteili maailmankaikkeuden ollessa hyvin nuori, on edelleen olemassa. Mutta wifi-signaali näyttää katoavan lyhyen matkan päässä huoneistostani. Miksi?

Kuvittele kävellessäsi keskellä kaupunkia vastaanottimella, joka pystyy vetämään sisään 900 MHz - 5 GHz. Se kertoo sinulle, että olet radiofotonien "keitossa"; missä tahansa menetkin sisällä kaupunki, johon sinä ...

ja sitten tajusin, etten tiennyt mistä puhuin.

Kysymys

Joten sen sijaan haluaisin kysyä seuraavista:

Luulen, että CMB-fotonien uskotaan olevan "koskemattomia fotoneja" pian ison räjähdyksen jälkeen sen sijaan, että ne absorboituisivat, päästettäisivät uudelleen ja lämpöisivät, ja näytän muistan lukeneeni äskettäin vastauksen täällä tai julkaisussa Physics SE sanomalla, että mitatut CMB-spektrit ( mihin tahansa suuntaan) sopii Planck-jakaumaan, jonka emissiokyky on yhtenäinen; mitattua absoluuttista spektrisäteilyä varten ei ollut edessä mitään "tuhertaa" tai skaalauskerrointa.

Mutta nyt en löydä vastausta mistään!

Yhdessä nämä ehdottavat minulle sitä makroskooppisesti maailmankaikkeus on olennaisesti läpinäkyvä CMB: lle, ja tähtien ja pölyn sieppaama osa meidän välillämme on niin pieni, että se ei vaadi korjauskerrointa.

Kysymys: Saanko tämän oikein?


Haluan lisätä pienen lisäyksen Ericin erinomaiseen vastaukseen.

Ensisijainen tapa, jolla CMB-fotonit ovat vuorovaikutuksessa aineen kanssa, on sirottamalla elektronit plasmiin. Rekombinaation jälkeen (punainen muutos $ sim 1100 $, noin 370 000 vuotta alkuräjähdyksen jälkeen), maailmankaikkeuden bariooninen aine oli ylivoimaisesti ei ionisoitu, joten ei ollut mitään vapaita elektroneja sirottamaan CMB-fotoneja. Mutta aloittaen noin punaisen muutoksen tai noin kymmenen (muutama sata miljoonaa vuotta myöhemmin), jotain alkoi "reionisoida" H- ja He-atomia, siihen pisteeseen asti, että suurin osa maailmankaikkeudesta ionisoitiin uudelleen noin 6 (noin miljardi) vuotta alkuräjähdyksen jälkeen). (Tämän "jotain" ymmärretään yleensä ensimmäisten tähtisukupolvien UV-säteilyksi, jota auttaa aktiivisten galaktisten ytimien UV-säteily.)

Uudelleen ionisoidun maailmankaikkeuden läpi kulkevat CMB-fotonit voivat olla vuorovaikutuksessa reionisoidun plasman elektronien kanssa - enimmäkseen aikaisemmin, koska laajeneva universumi laimentaa plasmaa ja vaikeuttaa fotonien kohtaamista elektronilla. Plasmoissa oleville elektroneille, joiden lämpötila on 10000 dollaria K tai vähemmän (mikä on suurinta osaa maailmankaikkeudesta!), Tämä tapahtuu Thomsonin sironnan muodossa, jolla on nettovaikutus, joka muuttaa fotonien polkuja ja lisää niiden polarisaatiota; entinen vaikutus aiheuttaa hieman hämärtyvän vaikutuksen. Se ei kuitenkaan muuta fotonienergioiden kokonaisjakaumaa, joten CMB: n mustarunkospektri ei muutu. Kuten pelan fysiikan pinonvaihto vastaa, tämä vaikutus lasketaan osana CMB: n analysointia, ja nykyiset arviot ovat optisen kokonaissyvyyden $ tau $ (rekombinaatiosta meille) $ sim 0,06 $, mikä tarkoittaa vain sitä $ sim 6 $% CMB-fotoneista pääsee sirottumaan tällä tavalla.

Massiivisissa galaksiryhmissä galaktien välinen plasma on kuitenkin tiheämpi ja kuumempilämpötilojen noustessa $ sim 10 $ miljoona K tai enemmän. Tämän kaltaiset lämpötilat sisältävät elektronit liikkuvat valon nopeuden merkittävillä murto-osilla ja sirottavat fotoneja prosessissa, jota kutsutaan käänteiseksi Comptonin sironnaksi. Tähän sisältyy Thomsonin sironnassa havaittu taipuma ja polarisaatio; mutta se myös keskimäärin lisää fotonienergiat. Tämän seurauksena havaittu CMB-lämpötila siirtyy hieman korkeammille arvoille. Tämä "Sunyaev-Zeldovich (SZ) -vaikutus" on todella mitattu, ja sitä käytetään joissakin kosmologisissa laskelmissa. Koska kuitenkin vain hyvin pieni osa maailmankaikkeuden tilavuudesta on galaksiryhmien muodossa, tällä on hyvin pieni kokonaisvaikutus; SZ-optinen syvyys massiivisen klusterin läpi on vain $ sim 0,01 $, joten sielläkin vain noin 1% fotoneista vaikuttaa.


Suurimmaksi osaksi CMB-fotonit kulkevat suoraan kaukoputkillemme viimeisen sironnan pinnalta. Joitakin korjauksia on tehtävä spektrin mustan rungon luonteen määrittämiseksi, mutta ne eivät ole korjauksia imeytyminen fotonien.

Kaksi pääkorjausta on selvästi esitetty tässä COBE-kuvasarjassa:

(täältä).

Ensinnäkin tarkkailijoiden liike CMB: n muuhun kehykseen nähden vääristää sen yhden lämpötilan mustan rungon muotoa, jolloin se näyttää kuumemmalta yhteen suuntaan ja viileämmäksi vastakkaiseen suuntaan.

Kun tämä on poistettu (taivasta riippuvasta taajuussiirrosta), etuala päästö Linnunradan osa tulee ilmeiseksi (keskipaneeli), ja se on mallinnettava ja vähennettävä. Galaksissamme oleva pöly on keskimäärin kuumempaa kuin CMB, joten sen osuus voidaan mitata hyvin tarkkailemalla eri aallonpituusalueilla, ja tietysti se on keskittynyt voimakkaimmin kohti galaktista tasoa.

Sen jälkeen, kun se on vähennetty, jäljellä oleva emissio (pohjalevy) on mustan rungon emissio erittäin tarkasti, tietysti jäljellä oleva rakenne, joka antaa meille niin paljon mielenkiintoista tietoa varhaisesta maailmankaikkeudesta.

Tässä on osa Matherin et ai. Vuoden 1992 paperi spektrin mittaamisesta:

Kosmisen mikroaaltotaustasäteilyn FIRAS-spektri on yhtäpitävä mustateknispektrin kanssa erittäin tarkasti. CMBR-spektri on tulos sovitettaessa malli, joka sisältää dipolin ja pölykartan, joka on johdettu 240 mikronin tiedoista, lukuun ottamatta aluetta Galaktisen keskuksen ympärillä. Lopullinen lämpötila on 2,726 +/- 0,010 K (systemaattinen 95% CL), missä virhettä hallitsee arvio lämpömittarivirheistä.

Joten he siirtävät päästöjä ja vähentävät etualan päästöt, mutta eivät sovella kokonaiskorjausta imeytyminen päästöistä.