文献阅读笔记-Three-Year WILKISON Microwave Anisotropy ...

涨吧涨吧章

第二节：前三年数据相比第一年数据分析结果的改变。
第三节：三年数据温度天图的概要。
第四节：银河系前景简介，用最大熵方法（maximum entropy method）分离前景信号.
第五节：分离前景的两种方法。
第六节：WMAP点源数据集+Sunyaev-Zeldovich 效应。
第七节：计算角功率谱，与其他项目的比较。
第八节：调查首年数据中的反常特征。

第四节-银河系前景分析

4.1. Free-Free Emission

对于频率 \nu > 10 \mathrm{GHz}  ，亮温度谱
\begin{equation} T_A \sim \dfrac{\mathrm{EM}}{\mathrm{1\,cm^{-6}\,pc}} \nu^{-2.14} \end{equation}
高分辨率的 \mathrm{H}\alpha  线可以作为轫致辐射的近似指征。
\begin{equation} I_{\mathrm{RJ}} = 0.44\,\xi(\tau_\mathrm{dust}) \left(\dfrac{\mathrm{EM}}{\mathrm{1\,cm^{-6}\,pc}}\right) \left(\dfrac{T_e}{8000\,\mathrm{K}}\right)^{-0.5} \times \left[1-0.34\,\ln\left(\dfrac{T_e}{8000\,\mathrm{K}}\right)\right] \end{equation}
其中 \xi(\tau_\mathrm{dust})  是由 Hα 线的波长和尘埃光深决定的消光系数。如果发射区的气体和尘埃在空间上是共生分布的，则
\begin{equation} \xi(\tau_\mathrm{dust}) = \dfrac{1-\exp(-\tau_\mathrm{dust})}{\tau_\mathrm{dust}} \end{equation}
Halpha 线在 R 波段，其消光系数是V波段的 0.75
\begin{equation} A_R = 0.75 A_V = 0.75\times3.1 E_{B-V} = 2.35 E_{B-V} \end{equation}

\begin{equation} \tau_\mathrm{dust} = 2.2 E_{B-V} \end{equation}

4.2. Synchrotron Emission

在 1.5 GHz 的频段，分立的超新星遗迹产生了 ~10% 的同步辐射，剩余的 ~90% 由弥散分量产生。在 ~1GHz 的频段，银盘区的同步辐射谱指数 \beta_s \simeq -2.6  , 在银晕区，谱指数  \beta_s \simeq -3.1
该结果在银河系和漩涡星系 NGC 891 中均有发现。
同步辐射在低频段的光谱比高频段更陡峭，因此如果使用低频段（例如 408 MHz）发射天图作为同步辐射在微波波段的指征是须格外小心。
Thermal Dust Emission

尘埃热辐射常被简化为两分量模型
power-law emissivity indices
\begin{equation} \begin{cases} \alpha_1 &= 1.67\\ \alpha_2 &= 2.70 \end{cases} \end{equation}
temperature
\begin{equation} \begin{cases} T_1 &= 9.4\,\mathrm{K}\\ T_2 &= 16.2\,\mathrm{K} \end{cases} \end{equation}
fraction of power emitted by each component
\begin{equation} \begin{cases} f_1 &= 0.0363\\ f_2 &= 0.9637 \end{cases} \end{equation}
relative ratio of IR thermal emission to optical opacity of the two components
\begin{equation} \dfrac{q_1}{q_2} = 13.0 \end{equation}
低温分量被认为主要是无定形硅（amorphous silicate grains）；高温分量主要是碳。
河外星系的观测结果表明，宽波段同步辐射与宽波段远红外辐射之间存在强关联。这被认为是源于恒星形成活动——恒星形成，加热并破坏尘埃颗粒，产生磁场和相对论性电子，产生可以电离周围气体的O型星和B型星。
在WMAP的频段，银河系内的同步辐射和尘埃辐射之间也存在空间关联。许多人认为这种“关联”事实上只是尘埃在射电波段的发射信号，而非真正的尘埃-同步辐射强关联。
4.4. "Anomalous" Microwave Emission from Dust ?

关于同步辐射的高频端和尘埃辐射的低频端
在 31GHz 到 53GHz，发现了与 240 μm 尘埃辐射高度关联而非与 408 MHz 同步辐射关联的信号，其谱指数为 \beta \sim -2.2 ，因此该信号被认为是由那些与尘埃存在空间关联的轫致辐射信号。
Draine和Lazarian（1998）以能量为由驳斥了热电离气体的解释，而是认为这种异常发射归因于非常小的尘埃颗粒的电偶极旋转发射。
该机制的一大特点是它将在 10-60 GHz 的频段内产生一个峰并在两端迅速衰减。
Finkbeiner 等人在2002年利用 Green Bank 140 英寸望远镜搜寻了可能存在的旋转尘埃。在 5 GHz, 8 GHz, 10 GHz 观测了10个红外尘埃云。其中8个得到了负面结论（negative results），1个的结果非常微弱，1个有可能的结果。
WMAP 发现 22-33 GHz 的前景由一个频谱类似同步辐射而空间形态类似尘埃的部分主导。 Bennett 等人在2003年提出这可能源自同步辐射谱指数在空间上的变化，在很大的频段被积累后，导致改变了同步辐射在不同频段的空间形态。具有热尘埃空间分布的旋转尘埃至多能解释 33 GHz 处 ~5% 的发射。当然，WMAP并没有排除旋转尘埃作为一种次要成分的可能。
Casassus 等人于 2004 年报告了 31 GHz 处 Helix planetary nebula 内关于反常微波辐射的证据。至少 20% 的发射与 100 μm (3000 GHz) 尘埃辐射相关。在 Hβ 的频率未观测到发射图像，因此排除了轫致辐射。由于缺乏 250 GHz 连续谱的发射，冷尘埃同样被排除。Casassus等人认为这是由高温铁磁性颗粒产生的磁偶极辐射（源于颗粒的非均匀磁化）