Which spectral distortions does I⟩CDM actually predict?

被引:102
作者
Chluba, Jens [1 ]
机构
[1] Univ Manchester, Jodrell Bank, Ctr Astrophys, Oxford Rd, Oxford M13 9PL, England
关键词
cosmology: observations; cosmology: theory; MICROWAVE BACKGROUND SPECTRUM; COSMOLOGICAL HYDROGEN RECOMBINATION; SUNYAEV-ZELDOVICH SIGNAL; ANNIHILATING DARK-MATTER; PROBE WMAP OBSERVATIONS; POWER SPECTRUM; DIPOLE ANISOTROPY; ENERGY-RELEASE; SOUND-WAVES; HOT-MODEL;
D O I
10.1093/mnras/stw945
中图分类号
P1 [天文学];
学科分类号
0704 ;
摘要
Ever refined cosmological measurements have established the I > CDM concordance model, with the key cosmological parameters being determined to per cent-level precision today. This allows us to make explicit predictions for the spectral distortions of the cosmic microwave background (CMB) created by various processes occurring in the early Universe. Here, we summarize all guaranteed CMB distortions and assess their total uncertainty within I > CDM. We also compare simple methods for approximating them, highlighting some of the subtle aspects when it comes to interpreting future distortion measurements. Under simplified assumptions, we briefly study how well a PIXIE-like experiment may measure the main distortion parameters (i.e. mu and y). Next-generation CMB spectrometers are expected to detect the distortion caused by reionization and structure formation at extremely high significance. They will also be able to constrain the small-scale power spectrum through the associated mu-distortion, improving limits on running of the spectral index. Distortions from the recombination era, adiabatic cooling of matter relative to the CMB and dark matter annihilation require a higher sensitivity than PIXIE in its current design. The crucial next step is an improved modelling of foregrounds and instrumental aspects, as we briefly discuss here.
引用
收藏
页码:227 / 239
页数:13
相关论文
共 154 条
[1]   Neutrino physics from the cosmic microwave background and large scale structure [J].
Abazajian, K. N. ;
Arnold, K. ;
Austermann, J. ;
Benson, B. A. ;
Bischoff, C. ;
Bock, J. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Calabrese, E. ;
Carlstrom, J. E. ;
Carvalho, C. S. ;
Chang, C. L. ;
Chiang, H. C. ;
Church, S. ;
Cooray, A. ;
'Crawford, T. M. ;
Dawson, K. S. ;
Das, S. ;
Devlin, M. J. ;
Dobbs, M. ;
Dodelson, S. ;
Dore, O. ;
Dunkley, J. ;
Errard, J. ;
Fraisse, A. ;
Gallicchio, J. ;
Halverson, N. W. ;
Hanany, S. ;
Hildebrandt, S. R. ;
Hincks, A. ;
Hlozek, R. ;
Holder, G. ;
Holzapfel, W. L. ;
Honscheid, K. ;
Hu, W. ;
Hubmayr, J. ;
Irwin, K. ;
Jones, W. C. ;
Kamionkowski, M. ;
Keating, B. ;
Keisler, R. ;
Knox, L. ;
Komatsu, E. ;
Kovac, J. ;
Kuo, C. -L. ;
Lawrence, C. ;
Lee, A. T. ;
Leitch, E. ;
Linder, E. ;
Lubin, P. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 63 :66-80
[2]   Inflation physics from the cosmic microwave background and large scale structure [J].
Abazajian, K. N. ;
Arnold, K. ;
Austermann, J. ;
Benson, B. A. ;
Bischoff, C. ;
Bock, J. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Buder, I. ;
Burke, D. L. ;
Calabrese, E. ;
Carlstrom, J. E. ;
Carvalho, C. S. ;
Chang, Cl. ;
Chiang, H. C. ;
Church, S. ;
Cooray, A. ;
Crawford, T. M. ;
Crill, B. P. ;
Dawson, K. S. ;
Das, S. ;
Devlin, M. J. ;
Dobbs, M. ;
Dodelson, S. ;
Dore, O. ;
Dunkley, J. ;
Feng, J. L. ;
Fraisse, A. ;
Gallicchio, J. ;
Giddings, S. B. ;
Green, D. ;
Halverson, N. W. ;
Hanany, S. ;
Hanson, D. ;
Hildebrandt, S. R. ;
Hincks, A. ;
Hlozek, R. ;
Holder, G. ;
Holzapfel, W. L. ;
Honscheid, K. ;
Horowitz, G. ;
Hu, W. ;
Hubmayr, J. ;
Irwin, K. ;
Jackson, M. ;
Jones, W. C. ;
Kallosh, R. ;
Kamionkowski, M. ;
Keating, B. ;
Keisler, R. .
ASTROPARTICLE PHYSICS, 2015, 63 :55-65
[3]   Planck 2013 results. XII. Diffuse component separation [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bobin, J. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bridges, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Cardoso, J. -F. ;
Castex, G. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chen, X. ;
Chiang, H. C. ;
Chiang, L. -Y ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Cruz, M. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571
[4]   Planck 2013 results. XXI. Power spectrum and high-order statistics of the Planck all-sky Compton parameter map [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battanerioo, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bobin, J. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Bridges, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Cardoso, J. -F. ;
Carvalho, P. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chiang, H. C. ;
Chiang, L. -Y ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Comis, B. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Da Silva, A. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571
[5]   Planck 2013 results. XV. CMB power spectra and likelihood [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bemard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bobin, J. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bonavera, L. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bridges, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chiang, H. C. ;
Chiang, L. -Y ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Combet, C. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571
[6]   Planck 2013 results. XVI. Cosmological parameters [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Armitage-Caplan, C. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Atrio-Barandela, F. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Benoit-Levy, A. ;
Bernard, J. -P. ;
Bersanelli, M. ;
Bielewicz, P. ;
Bobin, J. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Bridges, M. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Butler, R. C. ;
Calabrese, E. ;
Cappellini, B. ;
Cardoso, J. -F. ;
Catalano, A. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R. -R. ;
Chen, X. ;
Chiang, H. C. ;
Chiang, L. -Y ;
Christensen, P. R. ;
Church, S. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Colombo, L. P. L. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Curto, A. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2014, 571
[7]   Planck early results. XX. New light on anomalous microwave emission from spinning dust grains [J].
Ade, P. A. R. ;
Aghanim, N. ;
Arnaud, M. ;
Ashdown, M. ;
Aumont, J. ;
Baccigalupi, C. ;
Balbi, A. ;
Banday, A. J. ;
Barreiro, R. B. ;
Bartlett, J. G. ;
Battaner, E. ;
Benabed, K. ;
Benoit, A. ;
Bernard, J-P ;
Bersanelli, M. ;
Bhatia, R. ;
Bock, J. J. ;
Bonaldi, A. ;
Bond, J. R. ;
Borrill, J. ;
Bouchet, F. R. ;
Boulanger, F. ;
Bucher, M. ;
Burigana, C. ;
Cabella, P. ;
Cappellini, B. ;
Cardoso, J-F ;
Casassus, S. ;
Catalano, A. ;
Cayon, L. ;
Challinor, A. ;
Chamballu, A. ;
Chary, R-R ;
Chen, X. ;
Chiang, L-Y ;
Chiang, C. ;
Christensen, P. R. ;
Clements, D. L. ;
Colombi, S. ;
Couchot, F. ;
Coulais, A. ;
Crill, B. P. ;
Cuttaia, F. ;
Danese, L. ;
Davies, R. D. ;
Davis, R. J. ;
de Bernardis, P. ;
de Gasperis, G. ;
de Rosa, A. ;
de Zotti, G. .
ASTRONOMY & ASTROPHYSICS, 2011, 536
[8]   An anomalous positron abundance in cosmic rays with energies 1.5-100 GeV [J].
Adriani, O. ;
Barbarino, G. C. ;
Bazilevskaya, G. A. ;
Bellotti, R. ;
Boezio, M. ;
Bogomolov, E. A. ;
Bonechi, L. ;
Bongi, M. ;
Bonvicini, V. ;
Bottai, S. ;
Bruno, A. ;
Cafagna, F. ;
Campana, D. ;
Carlson, P. ;
Casolino, M. ;
Castellini, G. ;
De Pascale, M. P. ;
De Rosa, G. ;
De Simone, N. ;
Di Felice, V. ;
Galper, A. M. ;
Grishantseva, L. ;
Hofverberg, P. ;
Koldashov, S. V. ;
Krutkov, S. Y. ;
Kvashnin, A. N. ;
Leonov, A. ;
Malvezzi, V. ;
Marcelli, L. ;
Menn, W. ;
Mikhailov, V. V. ;
Mocchiutti, E. ;
Orsi, S. ;
Osteria, G. ;
Papini, P. ;
Pearce, M. ;
Picozza, P. ;
Ricci, M. ;
Ricciarini, S. B. ;
Simon, M. ;
Sparvoli, R. ;
Spillantini, P. ;
Stozhkov, Y. I. ;
Vacchi, A. ;
Vannuccini, E. ;
Vasilyev, G. ;
Voronov, S. A. ;
Yurkin, Y. T. ;
Zampa, G. ;
Zampa, N. .
NATURE, 2009, 458 (7238) :607-609
[9]   Dark Matter Search Results from the CDMS II Experiment [J].
Ahmed, Z. ;
Akerib, D. S. ;
Arrenberg, S. ;
Bailey, C. N. ;
Balakishiyeva, D. ;
Baudis, L. ;
Bauer, D. A. ;
Brink, P. L. ;
Bruch, T. ;
Bunker, R. ;
Cabrera, B. ;
Caldwell, D. O. ;
Cooley, J. ;
Cushman, P. ;
Daal, M. ;
DeJongh, F. ;
Dragowsky, M. R. ;
Duong, L. ;
Fallows, S. ;
Figueroa-Feliciano, E. ;
Filippini, J. ;
Fritts, M. ;
Golwala, S. R. ;
Grant, D. R. ;
Hall, J. ;
Hennings-Yeomans, R. ;
Hertel, S. A. ;
Holmgren, D. ;
Hsu, L. ;
Huber, M. E. ;
Kamaev, O. ;
Kiveni, M. ;
Kos, M. ;
Leman, S. W. ;
Mahapatra, R. ;
Mandic, V. ;
McCarthy, K. A. ;
Mirabolfathi, N. ;
Moore, D. ;
Nelson, H. ;
Ogburn, R. W. ;
Phipps, A. ;
Pyle, M. ;
Qiu, X. ;
Ramberg, E. ;
Rau, W. ;
Reisetter, A. ;
Saab, T. ;
Sadoulet, B. ;
Sander, J. .
SCIENCE, 2010, 327 (5973) :1619-1621
[10]   A refined model for spinning dust radiation [J].
Ali-Haiemoud, Yacine ;
Hirata, Christopher M. ;
Dickinson, Clive .
MONTHLY NOTICES OF THE ROYAL ASTRONOMICAL SOCIETY, 2009, 395 (02) :1055-1078