Nonlinear evolution of cosmic magnetic fields and cosmic microwave background anisotropies
Notice bibliographique
Résumé
In this work we investigate the effects of primordial magnetic fields on cosmic microwave background anisotropies (CMB). Based on cosmological magneto-hydro dynamic (MHD) simulations [R. Banerjee and K. Jedamzik, Phys. Rev. D 70, 123003 (2004).] we calculate the CMB anisotropy spectra and polarization induced by fluid fluctuations (Alfv\'en modes) generated by primordial magnetic fields. The strongest effect on the CMB spectra comes from the transition epoch from a turbulent regime to a viscous regime. The balance between magnetic and kinetic energy until the onset of the viscous regime provides a one to one relation between the comoving coherence length $L$ and the comoving magnetic field strength $B$, such as $L\ensuremath{\sim}30(B/{10}^{\ensuremath{-}9}\mathrm{Gauss}{)}^{3}\mathrm{pc}$. The resulting CMB temperature and polarization anisotropies for the initial power law index of the magnetic fields $n>3/2$ are somewhat different from the ones previously obtained by using linear perturbation theory. In particular, differences can appear on intermediate scales $l<2000$ and small scales $l>20\text{ }000$. On scales $l<2000$ the CMB anisotropy and polarization spectra are flat in the case of our nonlinear calculations whereas the spectra have a blue index calculated with linear perturbation theory if we assume the velocity fields of baryons induced by the magnetic fields achieved Alfv\'en velocity due to the turbulent motions on large scales in the early universe. Our calculation gives a constraint on the magnetic field strength in the intermediate scale of CMB observations. Upper limits are set by WMAP and BOOMERANG results for comoving magnetic field strength of $B<28\text{ }\text{ }\mathrm{nGauss}$ with a comoving coherence length of $L>0.7\text{ }\text{ }\mathrm{Mpc}$ for the most extreme case, or $B<30\text{ }\text{ }\mathrm{nGauss}$ and $L>0.8\text{ }\text{ }\mathrm{Mpc}$ for the most conservative case. We may also expect higher signals on large scales of the polarization spectra compared to linear calculations. The signal may even exceed the B-mode polarization from gravitational lensing depending on the strength of the primordial magnetic fields. On very small scales, the diffusion damping scale of nonlinear calculations turns out to be much smaller than the one of linear calculations if the comoving magnetic field strength $B>16\text{ }\text{ }\mathrm{nGauss}$. If the magnetic field strength is smaller, the diffusion scales become smaller too. Therefore we expect to have both, temperature and polarization anisotropies, even beyond $l>10\text{ }000$ regardless of the strength of the magnetic fields. The peak values of the temperature anisotropy and the B-mode polarization spectra are approximately $40\ensuremath{\mu}\mathrm{K}$ and a few $\ensuremath{\mu}\mathrm{K}$, respectively.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
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Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».