异常的发现微波发射

文摘

我们讨论的第一检测异常微波发射,在欧文斯谷RING5M实验,及其在地面的上下文解释宇宙微波背景(CMB) 1990年代早期的实验。RING5M实验是第一个试图限制sub-horizon尺度各向异性的力量,通过观察一组造领域北天极(NCP)。字段选择接近全国大会党允许持续集成的欧文斯谷网站。实验发现重要的排放14.5 GHz和30 GHz,符合招商银行和一个flat-spectrum前台组件,我们称为异常,因为它可以解释既不热粉尘排放,也没有标准模型的同步加速器或免费排放。显著的空间之间的相关性被发现提取的前景IRAS 100组件和结构μm地图。而旋转的尘埃发出的微波可能最自然的解释这种关联,旋转的尘埃不太可能占到所有的异常排放RING5M数据。

1。介绍

从21世纪宇宙学的角度来看,很难想象原始的状态,我们的知识是一个短二十年前和迅速的景观是如何变化的。今天,地面实验像南极望远镜(SPT)和阿塔卡马望远镜(ACT)测量了高-功率谱有足够的前9多普勒分辨率检测峰值(SPT [1,2),(3])和足够的灵敏度检测的背景SZ权力从解决星系团(4]。地面的结合、气球携带和太空任务已经确定基本的几个百分点宇宙学参数的不确定性(出口。便5],ACBAR [6],飞去来器[7),威尔金森微波各向异性探测器(8从普朗克]),新的数据将进一步完善这些。E-mode极化的宇宙微波背景辐射的发现在二十年前是不可想象的,现在经常通过测量地面实验(第一个便探测到(9,10),逐步提高分辨率和灵敏度,CBI [11),四(12],BICEPI [13),和安静14]),而b型功率谱更敏感的限制开始有趣的限制tensor-to-scalar比率(13](与下一代相机像SPTpol BICEPII凯克数组,PolarBear,和ACTpol已经在操作)。

相比之下,1990年代初,刚刚见证了招商银行的首次检测各向异性super-horizon尺度的COBE卫星(15]。少量的南极地面实验试图发现任何上升的迹象向第一个多普勒峰值和峰值可能所在(例如,ACME [16],Python [17],马克斯[18],IAB [19])。它是象征国家的领域模型的功率谱是通常显示在日志空间,因为唯一的特性任何人希望检测当时的权力在中间。

欧文斯谷RING5M实验是一个小补的实验旨在探索宇宙微波背景各向异性光谱角分尺度;这些鳞片被认为是sub-horizon,但尚未证实。在一开始的时候,只有上限已通过(在少量的实验由塔克等。20.),在由OVRO NCP实验(21])。集体这些工具构成了迄今为止最深的微波波谱的探测器,与大规模的实验,RING5M仪器的分辨率提出了第一个机会探索特定的星系发出的微波特性。因此不足为奇,现在回想起来,这些观察导致异常的第一检测微波发射的星系,我们讨论的部分3。

在下一节中,我们回顾RING5M实验设计相关的细节来理解数据。节3,我们目前的证据在RING5M异常排放数据,并讨论其解释的多频观测NCP的部分4。最后,在节5我们考虑的关系异常排放检测到附近的全国大会党尘埃相关组件在刻度CMB实验。

2。RING5M实验

图1,从[复制22),显示的是各向异性的状态检测RING5M实验时。综上所述,早期的南极实验的结果有点暗示的力量上升在天平接近~ 1°,虽然全国大会党上限(也见图1)表明,权力在~ 2′尺度显著下降。因此,RING5M实验设计操作- - - - - -尺度,功率谱的峰值可能在撒谎宇宙,但还是应该即使在一个检测宇宙学。像我们的同行在南半球,我们被迫遵守天极附近;在我们的示例中,北天极(NCP)是唯一的一部分北半球天空可供24小时的观察。

(一)

(b)

(一)
(b)

图1

22 15 17 18 19 21 36 37 38 39 40 41 42 24 25 23 (从[复制)(a) 1993年招商银行各向异性检测的状态。COBE的点(],Python [],马克斯[]和IAB []。也显示的上限OVRO NCP实验(]。(b)在1998年初的状态字段。显示是COBE [],冷杉[),特内里费(],SP94 [],Python [),阿尔戈(],马克斯[,萨斯卡通),猫(),OVRO RING5M []。(实线是一个CDM模型,和,也是表明20世纪末宇宙学的状态)。

实验由两个独立的望远镜工作在广泛的分离频率。30 GHz通道是由双面进料接收机安装在欧文斯谷无线电天文台的5.5米望远镜(OVRO),大约一束应用。提供杠杆对潜在前景污染,第二个14.5 GHz接收器被建在了OVRO 40-meter望远镜,与光学设计underilluminate菜,所以匹配梁生产在两个频率。迪克开关提供快速的方位在天空隔开两个位置之间切换慢,而第二个级别的差分是通过回转望远镜备用目标字段上的横梁,产生一个有效的光束模式显示在图2。总之,36场观察NCP和间隔的一环。字段被观察到只有在运输途中,所以共模从地面污染将被切换的两倍。

(一)

(b)

(一)
(b)

图2

(一)Source-subtracted Ka (30 GHz)和ku波段(14.5 GHz)数据绘制等于亮度温度。两个代表天空振幅,卷积RING5M double-switched梁模式的观察,显示在图的左下角。大约一半的RING5M字段显示CMB-like信号(同等亮度温度频率),而另一半则显示温度信号与一个陡峭的光谱依赖性。(b)的可能性的光谱指数RING5M数据,假设一个进程负责在两个频率的信号。显然纯招商银行()是排除高的意义。

详细(23),超过三年的观察,各种零测试了高信噪比检测结构RING5M数据在频率,从同比保持一致。这些数据是最终用于放置一个敏感的新约束小规模()微波背景各向异性23),仍在良好的协议与现代测量(见图1)。到1997年,萨斯卡通的实验已公布的数据,开始解决一些散射的低收入成一个更有说服力的照片主要多普勒峰(24],猫也公布了初步结果,实验是在良好的协议与我们的25]。

3所示。检测异常排放

RING5M数据的分析,然而,并不是这么简单的故事可能暗示。综上所述,两个频率频道显示信号符合招商银行(同等亮度温度14.5和30 GHz)在大约一半的字段和信号符合steep-spectrum前景(类似的强度为14.5和30 GHz)在另一半,可以看到在图2。对双频数据建模为一个单一的高斯过程,我们发现一个纯粹的CMB信号有很大的信心,被排除的可能性达到顶峰。

建模数据的总和CMB组件和一个幂律前景使我们只有弱约束的地方前台光谱指数从RING5M数据。然而,从结构的缺失在325 MHz的全国大会党区域地图Westerbork北方天空调查(拥挤的城市,26]),我们可以将一个下界光谱指数的一个前景,使同步发射一个站不住脚的模型14.5 GHz的信号,除非相关的字段是一个活跃的地区通常陡峭同步谱保存异常平坦的高能电子的注入,例如,一个超新星遗迹,经历了最近重新提供动力(见例如[27])。文斯同步加速器的缺乏相关地图,然而,使各种同步一个不太可能的解释。

此外,尽管光谱指数符合免费发射,信号的振幅却没有。地图的全国大会党威斯康辛H映射器(重打,28])几乎是毫无特色的;当卷积double-switched戒指M大束,HRING5M字段预测一个免费的模板rms从一个温暖的14.5 GHz (~ 10⁴K)组件,近两个数量级低于我们检测到信号的振幅。调和的射电辐射缺乏结构的H地图需要至少等离子体温度K。这些考虑,缺乏相关的低频同步地图,让我们考虑无线电发射“反常”(Leitch)等。29日])。

双频数据最终用于分离这个前台组件从宇宙微波背景信号产生bandpower报道(23]。我们可以看到在图3,当这个异常组件从14.5 GHz和30 GHz中提取数据假设,我们发现了一个惊人的相关性提取的反常组件和排放IRAS 100m地图。相关性很重要,正如[29日]。考虑到人工double-switched观察提出的相关策略,分析这两个数据集之间的等级相关表示概率超过,促使仔细检查全国大会党形态学的地区,我们复习下一节。

图3

异常提取组件,假设(实线)与振幅overplotted IRAS 100米图(虚线)。两个代表天空振幅,卷积RING5M double-switched梁模式的观察,显示在图的左下角。

4所示。解释的异常排放

广角IRAS 100全国大会党如图的形象4,RING5M字段的位置附近表示供参考。清晰的图,字段是嵌在墙上的著名嗨特性被称为北天极循环(嗨(后30.])。嗨总结考试的嗨列密度,全国大会党循环不太可能是一个壳,而是在本质上可能是单纤维的。(注意,全国大会党循环,在北附近天体极,不是与北极刺激混淆,朝鲜附近的一个突出特点银河极,这是理解为一个超新星遗迹)。分子物种的丰度在个人云在全国大会党循环从1970 - 1990年(见[得到了广泛地研究。31日)审查),磁场和压力支持进行了嗨30.),从Zeeman-splitting 21厘米线的测量位置在全国大会党周围循环。

图4

IRAS 100米图,显示全国大会党循环和RING5M字段(附近的位置顶部中心)。(注意,这个图是为了说明了大规模的全国大会党形态学RING5M字段显示的循环,则位置仅供参考)。

的全面研究Meyerdierks et al。31日),分析广播连续、x射线和远红外性能的全国大会党循环,这种结构理解为不断扩大的圆柱形谐振腔的大规模壳银河嗨磁盘。在408 MHz,收音机内连续显示了一个很深的赤字循环(32),符合驱逐磁化材料外壳的内部。最嗨速度匹配的模型数据,同时解释了电台的深度连续赤字,有圆柱沿着视线斜近。

鉴于循环的形态,这或许并不令人意外,解释的高频无线电发射RING5M实验中观察到的同步加速器或免费显示一个不寻常的运动环境。如前所述,异常光谱平坦的组件可以通过同步发射如果解释最自然的循环与超新星遗迹最近经历了重新提供动力。正如前面指出的,嗨(30.),然而,nonspherical自然的冲击推断嗨列密度显示一个不同的机制。Meyerdierks et al .,此外,引用没有OB星内循环中的循环和深无线电赤字需要驱逐磁性材料沿着视线很长一段距离,并表明,云从银河晕的组合,可能是一种更自然的解释来源的shell (31日]。

同样的,循环的震惊形态也使得高温免费一个潜在可行的解释这个地区的异常排放。Meyerdierks et al。31日]还发现软x射线辐射的增强外壳的内部,暗示薄热腔内介质的存在;他们估计温度可能高达K,有大量的不确定性估计由于嗨吸收。

我们主张的合理性解释附近的异常排放NCP flat-spectrum同步加速器或高温免费的100形态学,嗨速度结构、广播连续赤字,和软x射线辐射,所有这些表明震惊全国大会党附近的环境。然而,在下一节中,我们将讨论另一种解释,解释了发射产生的粉尘本身,从而避免必须调用任何特殊循环的边界附近的运动环境。

5。讨论:旋转的尘埃

的解释提出了早些时候将依靠从震惊发射组件的叠加的边缘与排放密集中性介质腔壁循环解释异常的非凡的相关组件的ira地图。1998年,德雷恩和Lazarian提出了一个更自然的解释RING5M尘埃相关观测的数据,产生的异常成分偶极发射从很小的尘埃颗粒33]。

模型也可以解释全天dust-correlated组件在> 7°尺度的COBE DMR地图教授等。34],与DIRBE边际相关报道萨斯卡通的实验(35]。然而,我们注意到,不需要新的机制来解释这些结果,这些作者都没有发现任何异常的大规模dust-correlated组件。结果都充分解释为免费排放从warm-ionized组件,与振幅与预测相一致的水平。

教授等人阐述的全天COBE DMR 2年天空地图与远红外COBE DIRBE地图,发现证据的微波发射组件的大规模结构与红外地图。他们解释这个组件作为免费排放K电离气体和尘埃地图的相关解释为由于蒸发云表面嵌入在电离介质。教授等人进一步指出,免费的振幅相关组件是在良好的协议与预测rms在免费的信号变化尺度,推断出波动的H发射。

同样,德Oliveira-Costa等人发现,30和40 GHz萨斯卡通的互相关数据与COBE DIRBE地图免费检测到相关组件鳞片。他们指出,假设一个功率谱的免费排放扩散,在萨斯卡通相关信号的振幅检测数据也在良好的协议与相关信号的振幅在大尺度上检测到教授等人的。因此,德Oliveira-Costa等人认为免费污染是最可能的解释度角尺度的相关排放。

而旋转的尘埃模型无疑是最简单的解释观察到尘埃的相关性,很可能异常组件检测到的全国大会党RING5M排放从几个组件的数据代表一个混合物。而旋转的尘埃模型可以复制的振幅异常组件30 GHz,显著增加假定谷物需要偶极矩匹配信号的振幅为14.5 GHz (33]。同时,墙上的巧合RING5M字段全国大会党循环是一致的部分或全部的发射flat-spectrum同步加速器或高温免费。我们注意到德雷恩和Lazarian先进论证拒绝高温异常组件的免费排放作为可能的来源充满活力的理由(33]。然而,这一观点是基于两个无关的合并结果:本地化小规模发射从墙上的全国大会党循环,高温的免费的姿势没有精力充沛的问题,和张全景dust-correlated组件检测到COBE的高温免费既不需要也不建议作为一个解释。

与更好的结合日益复杂的模型和观测频率分辨率将最终决定是否旋转的尘埃可以解释的异常排放检测RING5M字段。很明显从这个体积的结果,然而,是异常的证据微波发射安装的各种天体物理环境和旋转的尘埃可能提供一个令人信服的模型,它的起源。

引用

1. r . Keisler c . l . Reichardt k . Aird et al .,“测量宇宙微波背景辐射阻尼的尾巴的功率谱与南极望远镜,“《天体物理学杂志》上,卷743,不。1、第二十八条,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
2. k .故事,c . l . Reichardt z侯et al .,“测量宇宙微波背景辐射阻尼的尾巴从2500平方度SPT-SZ调查,“http://arxiv.org/abs/1210.7231。视图:谷歌学术搜索
3. s Das, t·路易斯·m·r·Nolta et al .,”阿塔卡马望远镜:温度和引力透镜功率谱测量三个赛季的数据,”http://arxiv.org/abs/arXiv: 1301.1037。视图:谷歌学术搜索
4. c . l . Reichardt l . Shaw o .锥盘et al .,“测量二级宇宙微波背景各向异性与两年的南极望远镜观察,“《天体物理学杂志》上,卷755,不。1,2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
5. c . Pryke n w·霍尔沃森·e·m·利奇et al .,“宇宙观测的参数提取从第一季度角规模干涉仪,”天体物理学杂志通讯》上,卷568,不。1,46-51,2002页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
6. j·h·戈尔茨坦,p . a . r .正面j。j烈性黑啤酒et al .,“宇宙学参数估计使用ACBAR的宇宙微波背景角度功率谱,”天体物理学杂志》上,卷599,不。2、773 - 785年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
7. c . j . Mactavish p . a . r .正面j。j烈性黑啤酒et al .,“宇宙学参数从2003航班回飞棒”,天体物理学杂志》上,卷647,不。2、799 - 812年,2006页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
8. d·拉尔森j . Dunkley g .号et al .,“七年威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)观察:功率谱和WMAP-derived参数”天体物理学杂志》上,补充系列,卷192,不。2、第十六条,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
9. j·m·科瓦克·e·m·利奇,c . Pryke j . e . Carlstrom n w·霍尔沃森和w·l·Holzapfel”的偏振探测宇宙微波背景使用便,”自然,卷420,不。6917年,第787 - 772页,2002年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
10. e . m . Leitch), j·m·科瓦奇n w·霍尔沃森,j . e . Carlstrom c . Pryke和m·w·e·史密斯,”度角规模干涉仪3年宇宙微波背景辐射极化的结果,“天体物理学杂志》上,卷624,不。1,10 - 20,2005页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
11. a·c·s·瑞s t·迈尔斯·t·j·皮尔森et al .,“与宇宙背景成像偏振观测,”科学,卷306,不。5697年,第844 - 836页,2004年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
12. c . Pryke p .正面j .烈性黑啤酒et al .,“第二和第三季四宇宙微波背景辐射温度和偏振光谱,”天体物理学杂志》上,卷692,不。2,p。1247年,2009年。视图:谷歌学术搜索
13. h . c .蒋介石p . a . r .正面d barkat et al .,“测量宇宙微波背景的偏振光谱数据从两年的二头肌,“天体物理学杂志》上,卷711,不。2、1123 - 1140年,2010页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
14. c, a . Brizius即芽et al .,”第一个赛季安静的观察:测量宇宙微波背景的极化功率谱在多极43 ghz范围$25\ell \mathrm{475年}$”,天体物理学杂志》上,卷741,不。2、第111条,2011年。视图:谷歌学术搜索
15. g·斯穆特c·班尼特·e·赖特et al .,“结构cobe微分微波辐射计一年级的地图,“天体物理学杂志》上,卷396,不。1,L1-L5, 1992页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
16. t·盖伊主持,j·舒斯特尔,j·甘德森et al .,”一个刻度测量宇宙背景辐射的各向异性,“天体物理学杂志通讯》上,卷398,不。1,L1-L4, 1992页。视图:谷歌学术搜索
17. m . Dragovan j·e·鲁尔·g·诺瓦克et al .,“各向异性在微波天空中间角尺度,“天体物理学杂志通讯》上,卷427,不。2,L67-L70, 1994页。视图:谷歌学术搜索
18. j . o·甘德森A·c·克拉普·m·德夫林et al .,“学位规模各向异性测量宇宙微波背景恒星较伽马ursae附近”天体物理学杂志通讯》上,卷413,不。1,L1-L5, 1993页。视图:谷歌学术搜索
19. l . Piccirillo和p . Calisse测量宇宙背景辐射的各向异性在天平中间角,“天体物理学杂志通讯》上,卷411,不。2、529 - 533年,1993页。视图:谷歌学术搜索
20. g·s·塔克·g·s·格里芬,h·t·阮和j·b·彼得森”寻找小型宇宙微波背景各向异性,“天体物理学杂志通讯》上,卷419,不。2,L45-L48, 1993页。视图:谷歌学术搜索
21. A·c·s·瑞c·r·劳伦斯,s·t·迈尔斯,w·l·w·萨金特·h·e·Hardebeck和A . t . Moffet”限制微波背景辐射的各向异性角分尺度,“天体物理学杂志》上卷,346年,第587 - 566页,1989年。视图:谷歌学术搜索
22. e·m·利奇测量微波背景各向异性的[博士于-22年7′′鳞片。论文),加州理工学院,1998。
23. e·m·利奇A·c·s·瑞·t·j·皮尔逊,t·迈尔斯,能力,和c r·劳伦斯“测量宇宙微波背景辐射的各向异性在-22年7′′尺度,“天体物理学杂志》上,卷532,不。1,37-56,2000页。视图:谷歌学术搜索
24. c . b . Netterfield m·j·德夫林n . Jarosik l .页面和e . j . Wollack”角度功率谱的测量宇宙微波背景各向异性的,”天体物理学杂志通讯》上,卷474,不。1,47 - 66、1997页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
25. p·f·斯科特,r·桑德斯·g·普利et al .,“宇宙背景辐射的测量结构与剑桥大学宇宙各向异性望远镜,“天体物理学杂志通讯》上,卷461,不。1,L1-L4, 1996页。视图:谷歌学术搜索
26. r·b·Rengelink y, a·g·德Bruyn et al .,“北方Westerbork巡天(皮脂囊肿)。即570平方度mini-survey在北黄极”天文学和天体物理学系列的补充卷,124年,第280 - 259页,1997年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
27. 莱赫奇,“超新星残骸的光谱指数分布。”天文学和天体物理学卷,85年,第143 - 141页,1980年。视图:谷歌学术搜索
28. r·j·雷诺兹s l·塔夫特l . m . Haffner k . Jaehnig和j·w·珀西瓦尔,”威斯康辛Hα映射器(重打):简要回顾性能特征和早期科学的结果,“澳大利亚天文学会的出版物,15卷,不。1、14 - 18,1998页。视图:谷歌学术搜索
29. e·m·利奇a·c·s·瑞t·j·皮尔森和s t·迈尔斯,“银河发射一个反常的组成部分,”天体物理学杂志通讯》上,卷486,不。1,L23-L26, 1997页。视图:谷歌学术搜索
30. c .嗨”磁场、压力和热不稳定的气体突出H我贝壳,”天体物理学杂志》上卷,336年,第821 - 808页,1989年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
31. h . Meyerdierks a Heithausen和k·赖夫,“北天极循环”,天文学和天体物理学卷,245年,第256 - 247页,1991年。视图:谷歌学术搜索
32. c·g·t·海斯蓝,c·j·索尔特,h . Stoffel和w·e·威尔逊,”一个408 MHz全天连续调查。第二地图等高线地图。”天文学和天体物理学系列的补充,47卷,p。1982。视图:谷歌学术搜索
33. b·t·德雷恩和a . Lazarian”,从旋转的尘埃颗粒扩散星系发射。”天体物理学杂志通讯》上,卷494,不。1,L19-L22, 1998页。视图:谷歌学术搜索
34. 教授,a . j . Banday c·l·班尼特,k . m . Gorski g .号和w·t·达到“高纬度星系发射cobe微分微波辐射计2年天空地图,”天体物理学杂志通讯》上,卷460,不。1、1 - 9,1996页。视图:谷歌学术搜索
35. a . de Oliveira-Costa a .教授m . j . Deviln c . b . Netterfield洛杉矶页面,和e . j . Wollack“银河微波发射度角尺度,”天体物理学杂志通讯》上,卷482,不。1,L17-L20, 1997页。视图:谷歌学术搜索
36. g .号a . j . Banday c·l·贝内特et al .,“频带能量谱的COBE 1 DMR四年各向异性地图,”天体物理学杂志通讯》上,卷464,不。1,L17-L20, 1996页。视图:谷歌学术搜索
37. k .恒河l .页面,e . Cheng和s·迈耶,“大角的振幅和光谱指数规模宇宙微波背景辐射的各向异性,“天体物理学杂志通讯》上,卷432,不。1,L15-L18, 1994页。视图:谷歌学术搜索
38. 汉考克,c·m·古铁雷斯·r·d·戴维斯et al .,“宇宙微波背景的研究结构在12月= +${40}^{\circ }$——。分析和宇宙的解释。”皇家天文学会月刊,卷289,不。3、505 - 514年,1997页。视图:谷歌学术搜索
39. j·j·o·甘德森m . Lim Staren et al .,”刻度在宇宙微波背景各向异性:SP94结果,“天体物理学杂志通讯》上,卷443,不。2,L57-L60, 1995页。视图:谷歌学术搜索
40. s r·普拉特j·科瓦奇,m . Dragovan j·b·彼得森和j·e·鲁尔”在微波背景各向异性90 GHz:结果从python三世”天体物理学杂志通讯》上,卷475,不。1,L1-L4, 1997页。视图:谷歌学术搜索
41. p•德•贝尔纳迪e . Aquilini a Boscaleri et al .,”刻度观测宇宙微波背景各向异性”,天体物理学杂志通讯》上,卷422,不。2,L33-L36, 1994页。视图:谷歌学术搜索
42. s . t .田中,a·c·克拉普·m·j·德夫林et al .,“宇宙微波背景辐射的各向异性测量为0.5°明星HR 5127和附近的尺度φHerculis。”天体物理学杂志通讯》上,卷468,不。2,L81-L84, 1996页。视图:谷歌学术搜索

版权

版权©2013埃里克·m·利奇和a·c·r·瑞德。这是一个开放的分布式下文章知识共享归属许可,它允许无限制的使用、分配和复制在任何媒介,提供最初的工作是正确引用。