[论文解读] 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 4

一句话总结

本文提出，大尺度宇宙磁场可使高温电浆中的电子回旋轨道对齐，通过逆康普顿散射过程导致选择性散射，从而在宇宙微波背景（CMB）上留下偏好方向，解释了低阶CMB多极矩观测到的对齐现象——即所谓的“邪恶轴”（Axis of Evil）。该模型将此对齐现象与螺旋星系的自转轴联系起来，表明宇宙中存在一种相干的大尺度结构。

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.

研究动机与目标

• 解释宇宙微波背景（CMB）中观测到的低阶多极矩对齐现象，即所谓的“邪恶轴”。
• 研究大尺度宇宙磁场是否可诱导高温电浆中电子运动的定向有序性。
• 将CMB对齐现象与螺旋星系自转轴的观测对齐现象通过同一宇宙磁场方向联系起来。
• 提出一种物理机制——通过逆康普顿散射——使大尺度磁场在CMB上留下各向异性图案。

提出的方法

• 假设宇宙中存在一种贯穿整个宇宙的大尺度宇宙磁场。
• 模拟该磁场对高温电浆中电子回旋运动的影响，使其轨道轴沿磁场方向对齐。
• 应用逆康普顿散射的物理原理，即CMB光子在与对齐电子散射时获得方向性各向异性。
• 利用由此产生的各向异性电子分布，预测CMB功率谱中的偏好方向。
• 将预测的CMB多极矩对齐与观测数据进行比较，特别是低阶多极矩。
• 将预测的磁场方向与螺旋星系自转轴的观测对齐进行相关性分析。

实验结果

研究问题

• RQ1 大尺度宇宙磁场能否解释观测到的低阶CMB多极矩对齐？
• RQ2 宇宙磁场的方向是否与螺旋星系的自转轴对齐？
• RQ3 在磁场对齐的电子上发生的逆康普顿散射是否足以在CMB上留下偏好方向？
• RQ4 电子回旋轨道的对齐如何影响CMB的角功率谱？
• RQ5 有哪些观测证据支持此类大尺度宇宙磁场的存在？

主要发现

• 该模型预测，大尺度宇宙磁场可使电子回旋轨道对齐，从而在逆康普顿散射中产生方向性各向异性。
• 该散射过程在CMB上留下偏好方向，解释了观测到的低阶多极矩对齐现象。
• 预测的宇宙磁场方向与CMB功率谱中观测到的“邪恶轴”一致。
• 螺旋星系（包括我们自己的银河系）的自转轴也与同一方向对齐，支持该模型。
• 该机制提供了一种物理解释，无需引入超出已知电磁学和电浆物理的新物理。
• 该模型与星系自转轴对齐的观测一致，且与宇宙的大尺度结构相符。