Ist das Universum makroskopisch transparent für CMB? Ist der von Sternen und Staub abgefangene Bruchteil so winzig, dass er keinen Korrekturfaktor hat?

Zum größten Teil reisen die CMB-Photonen von der Oberfläche der letzten Streuung direkt zu unseren Teleskopen. Einige Korrekturen müssen vorgenommen werden, um die Schwarzkörpernatur des Spektrums zu bestimmen, aber sie sind keine Korrekturen für die Absorption der Photonen.

Die beiden Hauptkorrekturen werden durch diese COBE-Bildsequenz deutlich gezeigt:

(von hier ).

Erstens verzerrt die Bewegung von uns als Beobachtern relativ zum Ruhesystem des CMB seine Schwarzkörperform mit einheitlicher Temperatur, wodurch er in einer Richtung heißer und in der entgegengesetzten Richtung kühler erscheint.

Sobald dies entfernt ist (durch eine himmelpositionsabhängige Frequenzverschiebung), wird die Vordergrundemission der Milchstraße sichtbar (mittleres Bild), die modelliert und subtrahiert werden muss. Der Staub in unserer Galaxie ist im Durchschnitt heißer als der CMB, daher kann sein Beitrag gut durch Beobachtung über einen Bereich von Wellenlängen gemessen werden, und natürlich ist er am stärksten in Richtung der galaktischen Ebene konzentriert.

Nach der Subtraktion ist die verbleibende Emission (unteres Bild) die eines schwarzen Körpers mit sehr hoher Präzision, natürlich mit der verbleibenden Struktur, die uns so viele interessante Informationen über das frühe Universum gibt.

Hier ist ein Teil des wichtigsten abschließenden Absatzes aus dem Artikel von Mather et al. 1992 Artikel zur Messung des Spektrums:

Das FIRAS-Spektrum der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung stimmt mit hoher Genauigkeit mit einem Schwarzkörperspektrum überein. Das CMBR-Spektrum ist das Ergebnis der Anpassung eines Modells mit einem Dipol und einer Staubkarte, die aus 240-Mikron-Daten abgeleitet wurde, wobei eine Region um das galaktische Zentrum ausgeschlossen wurde. Die Endtemperatur beträgt 2,726 +/- 0,010 K (95 % CL systematisch), wobei der Fehler von unserer Schätzung der Thermometriefehler dominiert wird.

Sie verschieben also die Emission und subtrahieren die Vordergrundemission, wenden aber keine Gesamtkorrektur für die Absorption der Emission an.

Lassen Sie mich Erics ausgezeichneter Antwort einen kleinen Nachtrag hinzufügen.

Der primäre Weg, auf dem CMB-Photonen mit Materie interagieren, ist die Streuung von Elektronen in Plasmen. Nach Rekombination (Rotverschiebung$\sim 1100$, etwa 370.000 Jahre nach dem Urknall), war die baryonische Materie des Universums überwiegend nicht ionisiert, also gab es keine freien Elektronen, um CMB-Photonen zu streuen. Aber ab etwa einer Rotverschiebung von etwa 10 (einige hundert Millionen Jahre später) begann etwas, die H- und He-Atome zu „reionisieren“ , bis zu dem Punkt, an dem der größte Teil des Universums erneut durch eine Rotverschiebung von etwa 6 (etwa eine Milliarde) ionisiert wurde Jahre nach dem Urknall). (Unter diesem „Etwas“ versteht man allgemein die UV-Strahlung der ersten Sternengenerationen, unterstützt durch die UV-Strahlung aktiver Galaxienkerne.)

CMB-Photonen, die durch das reionisierte Universum reisen, können mit den Elektronen im reionisierten Plasma interagieren – meistens früher, da das expandierende Universum das Plasma verdünnt und es für Photonen schwieriger macht, auf ein Elektron zu treffen. Für Elektronen in Plasmen mit Temperaturen von$\sim 100,000$K oder weniger (was den größten Teil des Universums ausmacht!), nimmt dies die Form der Thomson-Streuung an , die den Nettoeffekt hat, die Pfade der Photonen zu ändern und ihre Polarisation zu erhöhen; der erstgenannte Effekt führt einen leichten Unschärfeeffekt ein. Es ändert jedoch nicht die Gesamtverteilung der Photonenenergien, und daher bleibt das CMB-Schwarzkörperspektrum unbeeinflusst. Wie die Antwort des Physics Stackexchange von Pela anmerkt, wird dieser Effekt als Teil der Analyse des CMB berechnet, und die aktuellen Schätzungen sind eine optische Gesamttiefe$\tau$(von der Rekombination zu uns) von$\sim 0.06$, was nur bedeutet$\sim 6$% der CMB-Photonen werden auf diese Weise gestreut.

In massereichen Galaxienhaufen ist das intergalaktische Plasma jedoch dichter und heißer , wobei die Temperaturen ansteigen$\sim 10$Millionen K oder höher. Elektronen mit Temperaturen wie dieser bewegen sich mit erheblichen Bruchteilen der Lichtgeschwindigkeit und streuen Photonen in einem Prozess, der als inverse Compton-Streuung bezeichnet wird . Dies schließt die bei der Thomson-Streuung beobachtete Ablenkung und Polarisation ein; aber es steigert im Durchschnitt auch die Photonenenergien. Dies hat den Effekt, dass die beobachtete CMB-Temperatur zu etwas höheren Werten verschoben wird. Dieser "Sunyaev-Zeldovich (SZ)-Effekt" wurde tatsächlich gemessen und wird für einige kosmologische Berechnungen verwendet. Da jedoch nur ein sehr kleiner Teil des Volumens des Universums in Form von Galaxienhaufen vorliegt, hat dies einen sehr geringen Gesamteffekt; die SZ optische Tiefe durch einen massiven Cluster ist nur$\sim 0.01$, also sind auch dort nur etwa 1% der Photonen betroffen.