宇宙学 - CMB 各向异性建模

当我们观察经过细化和校正的全天CMB图时，会发现很多前景污染，这是一种**各向异性**。我们可以看到这些前景辐射来自银河系。CMB的强度在银河平面较高，随着远离银河平面而减弱。其中，我们可以观察到次级各向异性，即来自星系的同步辐射。这些辐射构成了前景污染。为了观察来自天空的CMB辐射，我们需要减去这些前景辐射。

下图显示了带有前景辐射的CMB。

偶极各向异性

在CMB全天图中发现了另一种各向异性，称为偶极各向异性。它与早期宇宙无关。这可以用球谐函数表示。如果球面上存在某种图案，并且我们想用数学函数对其进行映射，则可以使用三角函数。因此，当我们进行映射时，它可以是单极——每个方向都相同，或者偶极——旋转180度时属性会反转。类似地，我们还有四极等等。对于复杂的图案，它可以表示为这些单极、偶极、四极等的总和。

CMB的建模方式是，全天图中各向异性的主要来源之一是这种偶极各向异性，但它并非CMB的原始建模。这可以在下面的图像中看到。

我们看到的偶极方向并非任意方向。偶极各向异性具有方向性。我们沿着特定方向观察CMB强度。这个方向是由于太阳系的速度矢量。地球的速度可以相对于太阳或银河系中心表示。在地球运动的方向上，我们观察到蓝移和红移，偶极位于此方向。

上图具有典型的偶极外观，因为我们的银河系正在朝特定方向运动。结果是——天空的一侧将出现红移，而天空的另一侧将出现蓝移。在这种情况下，红移意味着光子的波长更长=更冷（因此与它们的名称相反，它们在上图中看起来是蓝色的）。

我们可以说，地球相对于太阳/银河系中心/天空中的CMB在给定时刻以特定方向运动。然后，如果我们观察任何角度并测量CMB的温度，它将是不同的。这是因为我们正在测量蓝移或红移的光子，并且取决于天空光子的视线。

要点

• CMB全天图中的前景污染称为CMB的各向异性。

• 这些辐射来自我们自己的银河系。

• 两种各向异性是：偶极各向异性和角功率谱各向异性。

• 偶极各向异性具有特定方向，而角功率谱各向异性则遍布各个方向。