Den CMB-Hintergrund als Bezugsrahmen verstehen

Einzelne Photonen haben sicherlich kein Ruhesystem. Es gibt jedoch ein Ruhesystem, in dem das CMB fast perfekt isotrop ist (die Abweichungen von einem perfekten Schwarzkörperspektrum liegen in der Größenordnung von 1 Teil von 100.000), und der Einfachheit halber nennen wir das das Ruhesystem des CMB.

Dieses System ist im Wesentlichen das Ruhesystem des Plasmas, das das CMB emittiert hat, dh die Oberfläche der letzten Streuung, angepasst an die Hubble-Strömung.

Unsere Bewegung verursacht Anisotropie durch einfache Doppler-Verschiebung: Die CMB-Photonen, die aus der Richtung kommen, auf die wir gerade zusteuern, werden blauverschoben, die Photonen in der entgegengesetzten Richtung werden rotverschoben.

Die Geschwindigkeit der Erde in Bezug auf diesen Rahmen ist etwas kompliziert, weil wir die Sonne umkreisen, die innerhalb der Galaxie umkreist, die ihre eigene Bewegung in der lokalen Gruppe hat usw. Natürlich laufen alle diese Bewegungen unterschiedlich ab Zeitskalen und unterschiedliche Geschwindigkeiten. Der Effekt der kürzesten Periode ist natürlich auf unsere Umlaufbahn um die Sonne zurückzuführen, aber unsere Umlaufgeschwindigkeit ist im Vergleich zu den anderen Bewegungen, die ich erwähnt habe, ziemlich ruhig. Es gibt also merkliche jährliche Schwankungen in der genauen Menge und Position der Anisotropie, aber die langzeitigen Hochgeschwindigkeitsbewegungen sind die Hauptfaktoren, die die Anisotropie steuern.

Dieses berühmte Bild ( aus Wikipedia )

zeigt die CMB von WMAP nach Abzug der Dipolanisotropie. Die oben erwähnten Variationen von 1 zu 100.000 Teilen werden enorm verstärkt, da sonst das Bild völlig einheitlich aussehen würde. Diese Verstärkung kann nur nach der Anisotropiekompensation erfolgen, da sonst die Anisotropie das Bild vollständig dominieren würde.

Hier ist die Dipolkarte aus den COBE -Daten, mit freundlicher Genehmigung der NASA :

Blau entspricht 2,721 Kelvin und Rot 2,729 Kelvin.

Zunächst einmal, wie ist es möglich, CMB, ein Bad aus Schwarzkörper(BB)-Photonen im Weltraum, als Bezugsrahmen zu denken? Entspricht nicht ganz meiner Newtonschen Vorstellung von Bezugsrahmen.

Aber es tut. Der Bezugsrahmen von$X$ist einer wo$X$hat einen Impuls von Null und ein Photonenbad hat einen messbaren Impuls und durch die Wahl des richtigen Rahmens kann dieser auf Null gebracht werden.

Was verstehen wir unter Anisotropien in einem BB-Spektrum? Winzige Abweichungen vom BB-Vertrieb?

Und

Warum sollte unsere Bewegung Anisotropie verursachen?

Isotropie ist eine Bedingung dafür, dass sie in allen Richtungen gleich ist. Aus der Sicht von Beobachtern , die sich nicht im Rahmen des CMB befinden, sind Photonen aus einer Richtung blauverschoben, diejenigen aus der entgegengesetzten Richtung rotverschoben ¹ , und diejenigen, die sich nicht auf der Linie der relativen Bewegung befinden, sind teilweise dopplerverschoben und weisen eine Winkelaberration auf (Suchbegriff "Lorentz-Fokussierung").

All diese Effekte machen die Ansicht in verschiedene Richtungen unterschiedlich.

¹ Natürlich bedeuten unterschiedliche Wellenlängen unterschiedliche Impulse, daher sind diese Effekte damit verbunden, dass sie sich im Rahmen befinden, wo der CMB einen anderen Nettoimpuls hat.

Wenn Sie in Bezug auf den CMB in Bewegung sind, sehen Sie die Photonen vor Ihnen etwas blauverschoben und die hinter Ihnen rotverschoben. Wir sehen dies, und die Erde scheint sich in Bezug auf den CMB um etwa 600 km/s zu bewegen.