Fundamentos teóricos do efeito Sunyaev-Zel'dovich

Abstract

A radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) é uma poderosa ferramenta observacional para investigar a formação e a evolução de estruturas em nosso universo, codicando informações tanto por meio de anisotropias primárias, impressas por utuações primordiais, quanto por meio de anisotropias secundárias, que surgem de interações com estruturas de grande escala do universo. Entre as anisotropias secundárias, uma sonda particularmente poderosa para gás ionizado, como a encontrada no meio intra-aglomerado (ICM) de aglomerados de galáxias, é o efeito Sunyaev-Zel’dovich (SZE), ou seja, a distorção espectral induzida no espectro da CMB pela interação de fótons da CMB com elétrons livres no ICM via espalhamento Compton inverso. Embora a fenomenologia dos componentes térmico e cinético da SZE seja bem compreendida, uma derivação rigorosa desse efeito raramente é apresentada na literatura. Portanto, neste trabalho, realizamos tal derivação formulando a equação de Boltzmann em uma estrutura de espaço-tempo curvo e aplicando ferramentas da teoria quântica de campos para descrever as interações microscópicas subjacentes responsáveis pelo efeito SZ.