[論文レビュー] Is the Cosmic "Axis of Evil" due to a Large-Scale Magnetic Field

M. J. Longo|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2007

Astrophysics and Cosmic Phenomena被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、高温プラズマ内の電子サイクロトロン運動の軌道が大規模な宇宙磁場によって整列し、逆コンプトン散乱過程を通じて選択的散乱が生じることで、宇宙マイクロ波背景（CMB）に優位な方向性が印加され、低次のCMB多重極子の観測された整列——いわゆる「悪の軸（Axis of Evil）」——を説明すると提案している。このモデルは、この整列をスパイラル銀河の自転軸と結びつけ、宇宙に一貫性のある大規模構造を示唆している。

ABSTRACT

I propose a mechanism that would explain the near alignment of the low order multipoles of the cosmic microwave background (CMB). This mechanism supposes a large-scale cosmic magnetic field that tends to align the cyclotron orbit axes of electrons in hot plasmas along the same direction. Inverse Compton scattering of the CMB photons then imprints this pattern on the CMB, thus causing the low- multipoles to be generally aligned. The spins of the majority of spiral galaxies and that of our own Galaxy appear to be aligned along the cosmic magnetic field.

研究の動機と目的

• 観測された宇宙マイクロ波背景（CMB）の低次の多重極子の整列——いわゆる「悪の軸（Axis of Evil）」——を説明すること。
• 大規模な宇宙磁場が高温プラズマ内の電子運動に方向秩序を引き起こす可能性を調査すること。
• CMBの整列を、同じ宇宙磁場の方向に一致するスパイラル銀河の自転軸の観測された整列と結びつけること。
• 大規模磁場がCMBに非等方性パターンを印加する物理的メカニズム——逆コンプトン散乱を介して——を提案すること。

提案手法

• 宇宙を貫く大規模な宇宙磁場の存在を仮定する。
• この磁場が高温プラズマ内の電子のサイクロトロン運動に与える影響をモデル化し、その軌道の主軸を磁場の方向に整列させることを示す。
• 逆コンプトン散乱の物理法則を適用し、CMB光子が整列した電子と散乱することで方向性の非等方性を獲得することを示す。
• 得られた非等方的電子分布を用いて、CMBパワー スペクトルにおける優位な方向性を予測する。
• 予測されたCMB多重極子の整列を、特に低次の多重極子について観測データと比較する。
• 予測された磁場の方向を、スパイラル銀河の自転軸の観測された整列と相関付ける。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 大規模な宇宙磁場が、観測された低次のCMB多重極子の整列を説明できるか？
• RQ2 宇宙磁場の方向がスパイラル銀河の自転軸と相関しているか？
• RQ3 磁場で整列した電子に対する逆コンプトン散乱が、CMBに優位な方向性を印加するのに十分か？
• RQ4 電子サイクロトロン軌道の整列が、CMBの角パワー スペクトルにどのように影響するか？
• RQ5 このような大規模な宇宙磁場の存在を支持する観測的証拠は何か？

主な発見

• このモデルは、大規模な宇宙磁場が電子サイクロトロン軌道を整列させ、逆コンプトン散乱における方向性の非等方性を生じると予測する。
• この散乱過程がCMBに優位な方向性を印加し、観測された低次の多重極子の整列を説明する。
• 予測された宇宙磁場の方向は、CMBパワー スペクトルにおける観測された「悪の軸（Axis of Evil）」と一致する。
• スパイラル銀河の自転軸、私たちの銀河のミルキーウェイを含め、すべてが同じ方向に整列しており、このモデルを支持する。
• このメカニズムは、既知の電磁気学およびプラズマ物理学を超える新しい物理を必要とせず、「悪の軸（Axis of Evil）」の物理的説明を提供する。
• このモデルは、銀河の自転軸の整合性と宇宙の大規模構造と整合している。