[论文解读] Heliosheath Synchrotron Radiation As A Possible Source For The Arcade 2 CMB Distortions

H. N. Sharpe|ArXiv.org|Feb 2, 2009

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文提出，太阳系日球层顶区域中相对论性电子产生的同步辐射，可解释 ARCADE 2 实验探测到的异常微波辐射。通过采用谱指数为 +2 的幂律谱，该模型表明，厚度约 1 AU 的光学薄等离子体壳层可产生观测到的 1 K 亮度温度畸变，暗示日球层磁场与双电层是电子能量的来源。

ABSTRACT

This brief note speculates that the recently reported residual CMB signal [Seiffert et al 2009] may originate within the Sun's heliosheath. A temperature spectrum function is derived that has the same power law form as the fitted function in Seiffert et al. In particular a spectral index of +2 is implied. An optically thin radiating shell of thickness ~1AU could match the required 1K deg power law amplitude. A possible mechanism for the heliosheath magnetic fields is discussed based on Alfven's heliospheric current model with embedded double layers as the energy source for the relativistic electrons.

研究动机与目标

• 调查 ARCADE 2 探测到的异常微波信号的起源，该信号超出已知天体物理源的预测值。
• 探讨太阳系日球层顶区域是否可能成为与观测谱形匹配的微波辐射源。
• 对日球层顶中相对论性电子的同步辐射进行建模，并评估其与 ARCADE 2 数据的一致性。
• 检验日球层磁场与双电层作为相对论性电子能量来源的可行性。
• 推导出与 Seiffert 等人（2009 年）报告的幂律拟合相匹配的温度谱函数。

提出的方法

• 推导出与 ARCADE 2 数据匹配的幂律形式的日球层顶同步辐射温度谱函数。
• 假设一个厚度约为 1 AU 的光学薄辐射壳层，以模拟辐射区域。
• 采用谱指数 +2，以匹配观测到的 1 K 亮度温度畸变幅度。
• 应用阿尔文的日球层电流片模型，以解释日球层顶的磁场结构。
• 提出嵌入的双电层作为加速相对论性电子的机制。
• 将推导出的谱函数与 Seiffert 等人（2009 年）的拟合函数进行比较，以验证一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 日球层顶同步辐射能否解释 ARCADE 2 观测到的微波辐射过剩？
• RQ2 要匹配 1 K 亮度温度畸变，需要何种谱指数与辐射几何结构？
• RQ3 是否存在一种合理的机制，可在日球层顶生成足够能量的相对论性电子，以产生可探测的同步辐射？
• RQ4 结合嵌入双电层的日球层电流片模型，能否解释电子加速所需的磁场构型？
• RQ5 从日球层顶辐射推导出的谱函数是否与 ARCADE 2 数据中观测到的幂律形式一致？

主要发现

• 推导出的日球层顶同步辐射温度谱函数与 ARCADE 2 数据中观测到的幂律形式一致。
• 该模型暗示谱指数为 +2，与观测到的微波谱一致。
• 厚度约为 1 AU 的光学薄辐射壳层可产生所需的 1 K 亮度温度幅度。
• 该模型表明，日球层顶磁场（可能通过阿尔文电流片模型生成）可支持观测到的辐射。
• 日球层顶中嵌入的双电层可能为产生同步辐射的相对论性电子提供能量来源。
• 该机制提供了一种无需引入奇异物理的合理天体物理解释，用于解释 ARCADE 2 异常现象。