Haben die E- und B-Modi der CMB-Polarisation etwas mit elektrischen und magnetischen Feldern zu tun?

Question

Haben die E- und B-Modi der CMB-Polarisation etwas mit elektrischen und magnetischen Feldern zu tun?

Kosmos
Kosmologie
kosmischer Mikrowellenhintergrund

Dehnung

Wie in diesem Artikel erklärt, da der CMB aus einer verfügbaren (Materie?) Dichte erstellt wird $\kappa$ seine Steigung $\nabla \kappa = \vec{u}$ kann in einen Verlaufs- und einen Lockenteil unterteilt werden, der als der bezeichnet wird $E$ und $B$ Modi

\nabla^{2} κ^{E} = \nabla \cdot \vec{u}

$\nabla^2 \kappa^E = \nabla \cdot \vec{u}$

und

\nabla^{2} κ^{B} = \nabla \times \vec{u}

$\nabla^2 \kappa^B = \nabla \times \vec{u}$

Wenn man über Elektromagnetismus nachdenkt, kommen diese Definitionen etwas (aber nicht genau) bekannt vor, wenn der Vektor $\vec{u}$ würde die Rolle des elektromagnetischen Potentials übernehmen $\vec{A}$ .

Ist die Ähnlichkeit zur Terminologie des Elektromagnetismus nur Zufall, oder tun dies diese $E$ und $B$ Moden haben tatsächlich etwas mit elektrischen und magnetischen Feldern zu tun?

Py-ser

Könnten Sie sich auf den Artikel beziehen, aus dem die Gleichungen stammen? Meistens

E

$E$ und

B

$B$ Vektoren entwerfen das elektrische bzw. magnetische Feld.

Chris

Es ist kein Zufall; es spiegelt wider, dass eine der Komponenten wellenfrei ist und die andere nicht. Aber es bezieht sich nicht auf irgendein elektromagnetisches Feld.

Antworten (1)

Haben die E- und B-Modi der CMB-Polarisation etwas mit elektrischen und magnetischen Feldern zu tun?

Könnten Sie sich auf den Artikel beziehen, aus dem die Gleichungen stammen? Meistens $E$ und $B$ Vektoren entwerfen das elektrische bzw. magnetische Feld.
Es ist kein Zufall; es spiegelt wider, dass eine der Komponenten wellenfrei ist und die andere nicht. Aber es bezieht sich nicht auf irgendein elektromagnetisches Feld.

Astromax · Answer 1

In diesem Zusammenhang ist die $\kappa$ Sie beziehen sich auf das dimensionslose Materiedichtefeld. Es ist Gravitationslinsen-Jargon und wird normalerweise einfach als „Konvergenzfeld“ bezeichnet.

Was Sie dort geschrieben haben (dass ein Feld in divergenzlose und kräusellose Komponenten aufgeteilt werden kann), gilt im Allgemeinen für jedes Feld, das als Kräuselung eines anderen Felds ausgedrückt werden kann $A$ . @chris hat insofern Recht, als sie sich nicht auf den Elektromagnetismus beziehen, an den Sie wahrscheinlich gewöhnt sind, diese Art von Dingen zu hören, in denen sie diskutiert werden, sondern sich auf die Polarisationszustände des kosmischen Mikrowellenhintergrunds aufgrund von Quantenfluktuationen im frühen Universum beziehen. Sie werden nur „E“ und „B“ genannt, weil sie an elektrische und magnetische Feldlinien erinnern.

Der große Fund war die Messung von B-Moden. Zur Erinnerung, hier sehen Sie, wie diese E- und B-Mode-Muster im CMB aussehen würden: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die große Sache hier ist, dass E-Moden bei Reflexion symmetrisch sind, B-Moden hingegen eindeutig nicht ( $B>0$ Karten hinein $B<0$ ). Um eine B-Mode-Polarisation zu erzeugen, benötigen Sie zwei Dinge:

1) Thompson-Streuung von Photonen durch freie Elektronen (vorhanden in der Oberfläche der letzten Streuung sowie Reionisation ).

2) Ein Temperaturquadrupol.

Das Spannende am zweiten Punkt ist, dass es nur wenige Dinge gibt, die ein solches Quadrupolmoment erzeugen können, und eines davon sind Gravitationswellen! Gravitationswellen verzerren physisch die Koordinaten der Raumzeit, wenn sie durch den Raum reist, die natürlich vorhandene Partikel enthalten, was diese Art von Verzerrungen verursacht:

gravmode1 gravmode2

Dies ist die Quelle der Temperaturquadrupolmomente. Gequetschte Seiten sind heißer und gestreckte Seiten kühler.

Gravitationslinsen können auch kleine Mengen von B-Modus-ähnlichen Merkmalen in der cmb-Polarisation erzeugen, aber ich glaube, dass sie in viel kleineren Maßstäben auftreten und daher als Ursache für die BICEP2-Befunde ausgeschlossen werden können. Lensing neigt dazu, Dinge senkrecht zum radialen Vektor auszudehnen (in der $\hat{\theta}$ Richtung): Schwächung

Der Grund, warum dies wichtig ist, liegt darin, dass Linsen einen Mechanismus zum Drehen der E-Modus-Polarisation bieten (nehmen Sie die $E<0$ Modus zum Beispiel) in eine Polarisation vom B-Modus-Typ. Die meisten Diagramme der BICEP2-Ergebnisse zeigen den Effekt der Linsenbildung bei einem viel höheren Multipolmoment (dh kleineren physikalischen Skalen), daher glaube ich, dass sie eine gute Möglichkeit bieten, zwischen den beiden Arten sekundärer CMB-Anisotropien zu unterscheiden.

Bizeps2

Danke für diese nette Antwort und Klarstellung, so ein Bild habe ich z. B. schon aus der Pressemitteilung gesehen :-). Was mir immer etwas seltsam vorkommt ist, dass es so im Muster vorkommt $E>0$ Es sieht aus naiver Sicht so aus, als wären die Linien $\vec{u}$ dann $\nabla\vec{u} = 0$ als positiv ... Können Sie mehr Details darüber geben, wie Gravitationswellen Temperaturquadrupole erzeugen können und allgemein über den Mechanismus 2 ?
OK - die Details werden hinzugefügt. Lassen Sie mich wissen, wenn weitere Erläuterungen erforderlich sind.

Haben die E- und B-Modi der CMB-Polarisation etwas mit elektrischen und magnetischen Feldern zu tun?

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Py-ser

Chris

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