宇宙学 - 宇宙微波背景各向异性建模

当我们查看经过精细校正的全天空 CMB 地图时，会发现存在大量前景污染，这是这些地图中的一种各向异性。我们可以看到这些前景发射来自银河系。宇宙微波背景沿银道面的强度很高，并且随着我们远离而强度降低。在这些中，我们可以观察到次级各向异性，这是来自星系的同步加速器发射。这些排放物构成了前景污染。要查看天空中的宇宙微波背景辐射，我们需要减去这些前景辐射。

下图显示了具有前景发射的 CMB。

偶极各向异性

还有一种各向异性，是在宇宙微波背景全天图上发现的，称为偶极子各向异性。它与早期宇宙无关。这可以使用球谐函数来表示。如果球面上有一个图案，并且我们想使用数学函数来映射它，我们可以使用三角函数来实现。因此，当我们绘制地图时，它可以是单极子（每个方向都相同），也可以是偶极子（旋转 180 度时会翻转属性）。同样，我们还有四极杆等等。对于复杂的模式，它可以表示为这些单极子、偶极子、四极子等的总和。

CMB 的建模方式是全天空图中各向异性的主要来源之一是偶极子各向异性，但这不是 CMB 的原始建模。这可以在下图中看到。

我们看到的偶极子方向不是任何随机方向。偶极子各向异性有一个方向。我们看到沿着特定方向的 CMB 强度。这个方向是由太阳系速度矢量决定的。地球的速度可以相对于太阳或星系中心来表示。在地球移动的方向上，我们观察到蓝移和红移，偶极子沿着这个方向。

上图具有典型的偶极子外观，因为我们的银河系正在朝特定方向移动。结果是——天空的一侧将出现红移，而天空的另一侧将出现蓝移。在这种情况下，红移意味着光子的波长更长=更冷（所以从它们的名字来看，它们在上图中看起来是蓝色的）。

我们可以说，在给定的时刻，地球正在相对于天空中的太阳/银河中心/宇宙微波背景向某个特定方向移动。那么，如果我们从任何一个角度来测量CMB的温度，结果都会有所不同。这是因为，我们正在测量蓝移或红移的光子，并且取决于天空中光子的视线。

需要记住的要点

CMB全天空图的前景污染称为CMB各向异性。
这些排放物来自我们自己的银河系。
两种类型的各向异性是：偶极子各向异性和角功率谱各向异性。
偶极子各向异性在特定方向上，而角功率谱各向异性则遍布各处。