宇宙學 - CMB 各向異性建模

當我們觀察經過細化和校正的全天CMB圖時，會發現很多前景汙染，這是一種**各向異性**。我們可以看到這些前景輻射來自銀河系。CMB的強度在銀河平面較高，隨著遠離銀河平面而減弱。其中，我們可以觀察到次級各向異性，即來自星系的同步輻射。這些輻射構成了前景汙染。為了觀察來自天空的CMB輻射，我們需要減去這些前景輻射。

下圖顯示了帶有前景輻射的CMB。

偶極各向異性

在CMB全天圖中發現了另一種各向異性，稱為偶極各向異性。它與早期宇宙無關。這可以用球諧函式表示。如果球面上存在某種圖案，並且我們想用數學函式對其進行對映，則可以使用三角函式。因此，當我們進行對映時，它可以是單極——每個方向都相同，或者偶極——旋轉180度時屬性會反轉。類似地，我們還有四極等等。對於複雜的圖案，它可以表示為這些單極、偶極、四極等的總和。

CMB的建模方式是，全天圖中各向異性的主要來源之一是這種偶極各向異性，但它並非CMB的原始建模。這可以在下面的影像中看到。

我們看到的偶極方向並非任意方向。偶極各向異性具有方向性。我們沿著特定方向觀察CMB強度。這個方向是由於太陽系的速度向量。地球的速度可以相對於太陽或銀河系中心表示。在地球運動的方向上，我們觀察到藍移和紅移，偶極位於此方向。

上圖具有典型的偶極外觀，因為我們的銀河系正在朝特定方向運動。結果是——天空的一側將出現紅移，而天空的另一側將出現藍移。在這種情況下，紅移意味著光子的波長更長=更冷（因此與它們的名稱相反，它們在上圖中看起來是藍色的）。

我們可以說，地球相對於太陽/銀河系中心/天空中的CMB在給定時刻以特定方向運動。然後，如果我們觀察任何角度並測量CMB的溫度，它將是不同的。這是因為我們正在測量藍移或紅移的光子，並且取決於天空光子的視線。

要點

• CMB全天圖中的前景汙染稱為CMB的各向異性。

• 這些輻射來自我們自己的銀河系。

• 兩種各向異性是：偶極各向異性和角功率譜各向異性。

• 偶極各向異性具有特定方向，而角功率譜各向異性則遍佈各個方向。