Эффект Сюняева — Зельдовича

Эффе́кт Сюня́ева — Зельдо́вича — изменение интенсивности радиоизлучения реликтового фона из-за обратного эффекта Комптона на горячих электронах межзвёздного и межгалактического газа. Эффект назван в честь предсказавших его в 1969 году учёных Р. А. Сюняева и Я. Б. Зельдовича[1][2].

Первые измерения теплового эффекта Сюняева-Зельдовича на телескопе ALMA с одним из самых массивных известных скоплений галактик, RX J1347.5-1145^[англ.].

С помощью эффекта Сюняева — Зельдовича можно измерить диаметр скопления галактик, благодаря чему скопления галактик могут быть использованы в качестве стандартной линейки при построении шкалы расстояний во Вселенной.

На практике эффект начали регистрировать с 1978 года. Ныне для составления каталогов скоплений галактик обращаются к данным космических («Планк») и наземных (South Pole Telescope, Sunyaev-Zel’dovich Array) обсерваторий, полученным на основе эффекта Сюняева — Зельдовича.

Формула

Изменение радиоизлучения даётся следующим выражением:

${\displaystyle \Delta I_{\nu }=2{\frac {(kT_{\text{cmb}})^{3}}{(hc)^{2}}}yg(x),}$

где ${\displaystyle T_{\text{cmb}}}$ — температура реликтового излучения, ${\displaystyle x={\tfrac {h\nu }{kT_{\text{cmb}}}}}$, ${\displaystyle g(x)}$ — спектральная форма такого эффекта, ${\displaystyle y}$ — параметр комптонизации:

${\displaystyle g(x)=x^{4}e^{x}{\frac {x\cdot \operatorname {coth} (x/2)-4}{e^{x}-1}},}$

${\displaystyle y=\int {\frac {kT_{e}}{mc^{2}}}n_{e}\sigma _{t}\,dl,}$

где ${\displaystyle n_{e}}$ и ${\displaystyle T_{e}}$ — концентрация и температура электронов, ${\displaystyle \sigma _{t}}$ — томсоновское сечение.

Примечания

1. R. A. Sunyaev, Ya. B. Zeldovich. Small-Scale Fluctuations of Relic Radiation // Astrophysics and Space Science, 7 (1970) 3—19, doi:10.1007/BF00653471.
2. R. A. Sunyaev, Ya. B. Zeldovich. Microwave background radiation as a probe of the contemporary structure and history of the universe // Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 18 (1980) 537—560, doi:10.1146/annurev.aa.18.090180.002541.

Литература

• О. В. Верходанов, Ю. Н. Парийский. Радиогалактики и космология. М.: Физматлит, 2009.
• Hu, Jian; Yu-Qing Lou (2004). "Magnetic Sunyaev–Zel'dovich effect in galaxy clusters". Astrophysical Journal Letters. 606 (1): L1—L4. arXiv:astro-ph/0402669. Bibcode:2004ApJ...606L...1H. doi:10.1086/420896.
• Ma, Chung-Pei; J. N. Fry (27 May 2002). "Nonlinear Kinetic Sunyaev–Zel'dovich Effect". PRL. 88 (21): 211301. arXiv:astro-ph/0106342. Bibcode:2002PhRvL..88u1301M. doi:10.1103/PhysRevLett.88.211301. PMID 12059470.
• Myers, A. D.; Shanks, T.; et al. (2004). "Evidence for an Extended SZ Effect in WMAP Data". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 347 (4): L67—L72. arXiv:astro-ph/0306180. Bibcode:2004MNRAS.347L..67M. doi:10.1111/j.1365-2966.2004.07449.x.
• Springel, Volker; White, Martin; Hernquist, Lars (2001). "Hydrodynamic Simulations of the Sunyaev–Zel'dovich effect(s)". Astrophysical Journal. 549 (2): 681—687. arXiv:astro-ph/0008133. Bibcode:2001ApJ...549..681S. doi:10.1086/319473.
• Sunyaev, R. A.; Ya. B. Zel'dovich (1970). "Small-Scale Fluctuations of Relic Radiation". Astrophysics and Space Science. 7 (1): 3—19. Bibcode:1970Ap&SS...7....3S. doi:10.1007/BF00653471 (inactive 2020-04-24).
• Sunyaev, R. A.; Ia. B. Zel'dovich (1980). "Microwave background radiation as a probe of the contemporary structure and history of the universe". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 18 (1): 537—560. Bibcode:1980ARA&A..18..537S. doi:10.1146/annurev.aa.18.090180.002541.
• Diego, J. M.; Martinez, E.; Sanz, J. L.; Benitez, N.; Silk, J. (2002). "The Sunyaev–Zel'dovich effect as a cosmological discriminator". Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. 331 (3): 556—568. arXiv:astro-ph/0103512. Bibcode:2002MNRAS.331..556D. doi:10.1046/j.1365-8711.2002.05039.x.

Ссылки

• Rephaeli, Y. (1995). "Comptonization Of The Cosmic Microwave Background: The Sunyaev–Zeldovich Effect". Annual Review of Astronomy and Astrophysics. 33 (1): 541—580. Bibcode:1995ARA&A..33..541R. doi:10.1146/annurev.aa.33.090195.002545.
• Barbosa, D.; Bartlett, J. G.; Blanchard, A.; Oukbir, J. (1996). "The Sunyaev–Zel'dovich effect and the value of Ω₀". Astronomy and Astrophysics. 314: 13—17. arXiv:astro-ph/9511084. Bibcode:1996A&A...314...13B.
• Birkinshaw, M.; Gull, S. F.; Hardebeck, H. (1984). "The Sunyaev–Zel'dovich effect towards three clusters of galaxies". Nature. 309 (5963): 34—35. Bibcode:1984Natur.309...34B. doi:10.1038/309034a0.
• Birkinshaw, Mark (1999). "The Sunyaev Zel'dovich Effect". Physics Reports. 310 (2—3): 97—195. arXiv:astro-ph/9808050. Bibcode:1999PhR...310...97B. doi:10.1016/S0370-1573(98)00080-5. hdl:1983/5d24f14a-26e0-44d3-8496-5843b108fec5.
• Cen, Renyue; Jeremiah P. Ostriker (1994). "A hydrodynamic approach to cosmology: the mixed dark matter cosmological scenario". The Astrophysical Journal. 431 (1994): 451. arXiv:astro-ph/9404011. Bibcode:1994ApJ...431..451C. CiteSeerX 10.1.1.254.3635. doi:10.1086/174499. Архивировано 22 февраля 2004.