We develop a linear perturbation theory for the spectral $y$-distortions of the cosmic microwave background(CMB). The $y$-distortions generated during the recombination epoch are usually negligible because the energy transfer due to the Compton scattering is strongly suppressed at that time, but they can be significant if there is a considerable amount of compensated isocurvature perturbation(CIP), which is not tightly constrained from the present CMB observations. The linear $y$-distortions explicitly depend on the baryon density fluctuations, therefore $y$ anisotropies can completely resolve the degeneracy between the baryon isocurvature perturbations and the cold dark matter ones. This novel method is free from lensing contaminations that can affect the previous approach to the CIPs based on the nonlinear modulation of the CMB anisotropies. We compute the cross correlation functions of the $y$-distortions with the CMB temperature and the $E$ mode polarization anisotropies. They are sensitive to the correlated CIPs parameterized by $f'\equiv\mathcal P_{\rm CIP\zeta}/\mathcal P_{\zeta \zeta}$ with $\mathcal P_{\zeta \zeta}$ and $\mathcal P_{\rm CIP\zeta}$ being the auto correlation of the adiabatic perturbations and the cross correlation between them and the CIPs. We investigate how well the $y$ anisotropies will constrain $f'$ in future observations such as those provided by a PIXIE-like and a PRISM-like survey, LiteBIRD and a cosmic variance limited(CVL) survey, taking into account the degradation in constraining power due to the presence of Sunyaev Zel'dovich effect from galaxy clusters. For example, our forecasts show that it is possible to achieve an upper limit of $f'< 10^{5}$ at 68\% C.L. with LiteBIRD, and $f'<2\times 10^{4}$ with CVL observations.


翻译:我们为宇宙微波背景(CMB)的光谱 $y $2 的扭曲开发了线性扰动理论。 在重组时产生的美元扭曲通常微不足道,因为由于Compton的散射而导致的能量转移在当时受到强烈抑制,但如果有相当数量的补偿性为线性变扰(CIP),则其影响会很大,不受目前CMB观测的严格制约。线性美元扭曲明显取决于巴里翁密度波动,因此$y anisotrophy 能够完全解决巴里翁(Bayon) 的不透明性与冷暗物质之间的不一致性。这种新颖的方法可以不受透视污染的影响,因为CMB的无线性变色调(CIP) 10美元(美元) 的异性变异性(CMB) 温度和 美元模式对亚性变异性变异性观测结果(C_\\\ IP) 和亚性变性变异性变色(美元)的变异性变异(C_Brma) 和亚性变色变色的变变变变变变变的变的变性(C_IIP)

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