スニャエフ・ゼルドビッチ効果

スニャエフ・ゼルドビッチ効果（ラシッド・スニャエフとヤコフ・B・ゼルドビッチにちなんで名付けられ、しばしばSZ効果と略される）は、銀河団内の高エネルギー電子による逆コンプトン散乱によって宇宙マイクロ波背景放射（CMB）のスペクトルが歪む現象である。この現象では、低エネルギーのCMB光子が銀河団内の高エネルギー電子と衝突する際に平均エネルギーが増加する。観測された宇宙マイクロ波背景放射スペクトルの歪みは、宇宙の密度の乱れを検出するために用いられる。スニャエフ・ゼルドビッチ効果を利用して、高密度の銀河団が観測されている。

スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、ラシッド・スニャエフとヤコフ・ゼルドビッチによって、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の異方性を説明するために予測されました。この効果は、CMBが高エネルギー電子と相互作用することによって生じます。これらの高エネルギー電子は、CMB光子の逆コンプトン散乱を引き起こし、CMBの放射スペクトルに歪みをもたらします。スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、銀河団を観測する際に最も顕著に現れます。CMBデータの高角分解能（高）での解析${\displaystyle \ell }$-値）では、スニャエフ・ゼルドビッチ効果を考慮する必要があります。

スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、いくつかの異なるタイプに分類できる。

• 熱効果とは、宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の光子が、温度によって高エネルギーを持つ電子と相互作用する現象である。
• 運動学的効果とは、CMB光子がバルク運動によって高エネルギーを持つ電子と相互作用する二次効果である（ジェレマイア・P・オストライカーとイーサン・ヴィシュニアックにちなんでオストライカー・ヴィシュニアック効果とも呼ばれる。^{[ 1 ]}）。
• 分極

スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、天体物理学および宇宙論において非常に重要な現象です。ハッブル定数の値の決定、新たな銀河団の位置の特定、そして銀河団の構造と質量の研究に役立ちます。スニャエフ・ゼルドビッチ効果は散乱効果であるため、その大きさは赤方偏移に依存しません。つまり、高赤方偏移の銀河団も低赤方偏移の銀河団と同様に容易に検出できるということです。

多数の高エネルギー電子によって生じる宇宙マイクロ波背景放射（CMB）の歪みは、熱的スニャエフ・ゼルドビッチ効果として知られています。熱的スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、銀河団で最も一般的に研究されています。スニャエフ・ゼルドビッチ効果とX線放射データを比較することで、銀河団の熱構造を研究することができ、温度プロファイルが既知であれば、スニャエフ・ゼルドビッチデータを使用して、視線に沿った銀河団のバリオン質量を決定できます。^{[ 2 ]}スニャエフ・ゼルドビッチデータとX線データを比較することで、銀河団の角直径距離を使用してハッブル定数を決定することもできます。^{[ 3 ]}これらの熱的歪みは、超銀河団や局所銀河群のガスでも測定できますが、その重要性は低く、検出もより困難です。超銀河団では、この効果は強くありません（< 8 μK）が、十分精度の高い装置を使用すれば、この歪みを測定することで、大規模構造の形成を垣間見ることができます。局所群のガスは、熱的スニャエフ・ゼルドビッチ効果によりCMBに異方性を引き起こす可能性があり、特定の角度スケールでCMBを測定する際にはこれを考慮に入れる必要がある。^{[ 2 ]}

運動学的スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、銀河団がハッブル流に対して相対的に移動しているときに生じる。運動学的スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、固有速度を計算する方法を提供する。 $${\displaystyle \Delta T_{\text{kin}}=-T_{\text{CMB}}{\frac {V_{p}}{c}}\tau }$$ どこ${\displaystyle V_{p}}$は固有速度であり、$\displaystyle \tau }$は光学的深さです。^{[ 4 ]}この式を使用するには、熱効果と運動学的効果を分離する必要があります。この効果は、ほとんどの銀河団では比較的弱いです。重力レンズを使用すると、固有速度を使用して、特定の銀河団の他の速度成分を決定できます。^{[ 2 ]}これらの運動学的効果を使用して、ハッブル定数と銀河団の挙動を決定できます。

現在の研究は、銀河団内の銀河団内プラズマによってこの効果がどのように生成されるかをモデル化すること、およびこの効果を使用してハッブル定数を推定し、背景の変動の角度平均統計の異なる成分を分離することに焦点を当てています。流体力学的構造形成シミュレーションは、理論における熱的および運動学的効果に関するデータを取得するために研究されています。^{[ 5 ]}この効果の振幅が小さいこと、および実験誤差や他の CMB 温度変動源との混同により、観測は困難です。銀河団による SZ 効果を通常の密度摂動から区別するために、宇宙マイクロ波背景の変動のスペクトル依存性と空間依存性の両方が使用されます。

高赤方偏移の銀河団の検出を容易にする要因は、角スケールと赤方偏移の関係です。これは、赤方偏移が0.3から2の間ではほとんど変化しないため、これらの赤方偏移の間の銀河団は、空上でほぼ同じ大きさになります。宇宙論的パラメータの決定に、スニャエフ・ゼルドビッチ効果によって検出された銀河団のサーベイを使用することは、Barbosa et al. (1996) によって実証されています。これは、サーベイ (南極望遠鏡、アタカマ宇宙望遠鏡、プランク) におけるダークエネルギーのダイナミクスを理解するのに役立つ可能性があります。

1984年、ケンブリッジ電波天文学グループとオーウェンズバレー電波天文台の研究者らが、銀河団からスニャエフ・ゼルドビッチ効果を初めて検出した。^{[ 7 ]} 10年後、ライル望遠鏡が初めてスニャエフ・ゼルドビッチ効果の銀河団の画像化に使用された。 ^{[ 8 ]}

1987年に宇宙背景放射探査機（COBE）衛星がCMBを観測し、CMBの異方性に関するより正確なデータを提供し、スニャエフ・ゼルドビッチ効果のより正確な分析を可能にした。^{[ 2 ]}

この効果を研究するために特別に作られた機器には、アタカマ・パスファインダー実験のスニャエフ・ゼルドビッチカメラ^{[ 9 ]}とスニャエフ・ゼルドビッチアレイがあり、どちらも2005年に初観測が行われた。2012年には、アタカマ宇宙望遠鏡（ACT）が運動学的SZ効果の統計的検出を初めて行った^{[ 10 ]} 。2012年には、MACS J0717.5+3745で運動学的SZ効果が初めて個々の天体で検出された^{[ 11 ]}。

2015年現在、南極望遠鏡（SPT）はスニャエフ・ゼルドビッチ効果を利用して415個の銀河団を発見している。^{[ 12 ]}スニャエフ・ゼルドビッチ効果は、これまでも、そしてこれからも、数百個の銀河団を発見するための重要なツールであり続けるだろう。

OLIMPO気球搭載望遠鏡などの最近の実験では、スニャエフ・ゼルドビッチ効果を特定し、空の特定の領域のより正確な地図を作成するために、特定の周波数帯域と空の特定の領域でデータを収集しようとしています。^{[ 13 ]}

• サックス・ウォルフ効果
• 宇宙マイクロ波背景放射のスペクトル歪み
• コンパネッツ方程式

• Rephaeli, Y. (1995). "宇宙マイクロ波背景放射のコンプトン化：スニャエフ・ゼルドビッチ効果". 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, JG; Blanchard, A.; Oukbir, J. (1996). "スニャエフ・ゼルドビッチ効果とΩ ₀の値".天文学と天体物理学. 314 : 13– 17. arXiv : astro-ph/9511084 . Bibcode : 1996A & A...314...13B .
• Birkinshaw, M.; Gull, SF; Hardebeck, H. (1984). "3つの銀河団に対するスニャエフ・ゼルドビッチ効果". Nature . 309 (5963): 34–35 . Bibcode : 1984Natur.309...34B . doi : 10.1038/309034a0 . S2CID 4276748 . 
• 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 . S2CID 119330362 . 
• Cen, Renyue; Jeremiah P. Ostriker (1994). "宇宙論への流体力学的アプローチ：混合暗黒物質宇宙論シナリオ" . The Astrophysical Journal . 431 (1994): 451. arXiv : astro-ph/9404011 . Bibcode : 1994ApJ...431..451C . CiteSeerX 10.1.1.254.3635 . doi : 10.1086/174499 . S2CID 1284598 . 2004年2月22日にオリジナルからアーカイブ済み。  
• Hu, Jian; Yu-Qing Lou (2004). "銀河団における磁気スニャエフ・ゼルドビッチ効果". Astrophysical Journal Letters . 606 (1): L1– L4. arXiv : astro-ph/0402669 . Bibcode : 2004ApJ...606L...1H . doi : 10.1086/420896 . S2CID 10520376 . 
• Ma, Chung-Pei ; JN Fry (2002 年 5 月 27 日). "非線形運動学的スニャエフ-ゼルドビッチ効果" . Physical Review Letters . 88 (21) 211301. arXiv : astro-ph/0106342 . Bibcode : 2002PhRvL..88u1301M . doi : 10.1103/PhysRevLett.88.211301 . PMID 12059470 . S2CID 5655238 .  
• Myers, AD; Shanks, T.; et  al. (2004). "WMAPデータにおける拡張SZ効果の証拠" . 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 . S2CID 53119165 . 
• Springel, Volker; White, Martin; Hernquist, Lars (2001). "Sunyaev–Zel'dovich効果の流体力学的シミュレーション". The Astrophysical Journal . 549 (2): 681–687 . arXiv : astro-ph/0008133 . Bibcode : 2001ApJ...549..681S . doi : 10.1086/319473 . S2CID 6728519 . 
• Sunyaev, RA; 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 . S2CID 117050217 . 
• Sunyaev, RA; Ia. B. Zel'dovich (1980). "マイクロ波背景放射による宇宙の現代構造と歴史の探査". Annual Review of Astronomy and Astrophysics . 18 (1): 537– 560. Bibcode : 1980ARA & A..18..537S . doi : 10.1146/annurev.aa.18.090180.002541 .
• ディエゴ、JM。マルチネス、E。サンツ、JL;ベニテス、N.シルク、J. (2002)。「宇宙論的識別子としてのスニャエフ・ゼルドヴィッチ効果」。王立天文協会の月次通知。331 (3): 556–568 . arXiv : astro-ph/0103512。ビブコード: 2002MNRAS.331..556D。土井: 10.1046/j.1365-8711.2002.05039.x。S2CID 10486016。 
• 英国王立天文学会、「ビッグバンからの歪んだ残響？」 RASプレスリリースPN 04/01

• ビッグバンからの歪んだ残響？ innovations-report.com。
• arxiv.org に対するスニャエフ – ゼルドヴィッチの影響