İlkel dalgalanmalar - Primordial fluctuations

İlkel dalgalanmalar , evrendeki tüm yapının tohumları olarak kabul edilen erken evrendeki yoğunluk değişimleridir . Şu anda, kökenleri için en yaygın olarak kabul edilen açıklama, kozmik enflasyon bağlamındadır . Enflasyon paradigmasına göre, ölçek faktörünün enflasyon sırasında üstel büyümesi , enflasyon alanındaki kuantum dalgalanmalarının makroskopik ölçeklere gerilmesine ve ufuktan çıktıktan sonra "donmasına" neden oldu. Radyasyon ve madde hakimiyetinin sonraki aşamalarında, bu dalgalanmalar ufka yeniden girdi ve böylece yapı oluşumu için başlangıç ​​koşullarını belirledi .

İlkel dalgalanmaların istatistiksel özellikleri , kozmik mikrodalga arka planındaki anizotropilerin gözlemlerinden ve maddenin dağılımının ölçümlerinden, örneğin, galaksi kırmızıya kayma araştırmalarından çıkarılabilir . Dalgalanmaların enflasyondan kaynaklandığına inanıldığından, bu tür ölçümler ayrıca enflasyon teorisi içindeki parametreler üzerinde kısıtlamalar getirebilir.

formalizm

İlkel dalgalanmalar tipik olarak, varyasyonların gücünü uzamsal ölçeğin bir fonksiyonu olarak veren bir güç spektrumu ile ölçülür . Bu formalizm içinde, genellikle dalgalanmaların kesirli enerji yoğunluğu şu şekilde verilir:

${\displaystyle \delta ({\vec {x}})\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {\frac {\rho ({\vec {x}})}}{\bar { \rho }}}-1=\int {\text{d}}k\;\delta _{k}\,e^{i{\vec {k}}\cdot {\vec {x}}}, }$

Nerede enerji yoğunluğu olduğu ortalama ve dalgasayısı dalgalanmaların. Güç spektrumu daha sonra Fourier bileşenlerinin topluluk ortalaması aracılığıyla tanımlanabilir : ${\görüntüleme stili \rho }$${\ Displaystyle {\bar {\rho }}}$${\görüntüleme stili k}$${\görüntüleme stili {\matematiksel {P}}(k)}$

${\displaystyle \langle \delta _{k}\delta _{k'}\rangle ={\frac {2\pi ^{2}}{k^{3}}}\,\delta (k-k' )\,{\matematiksel {P}}(k).}$

Hem skaler hem de tensör dalgalanma modları vardır.

skaler modlar

Skaler modlar güç spektrumuna sahiptir

${\displaystyle {\mathcal {P}}_{\mathrm {s} }(k)=|\delta _{R}|^{2}.}$

Birçok enflasyonist modeller tahmin ki itaat dalgalanmaların skaler bileşeni güç hukuku hangi

${\displaystyle {\mathcal {P}}_{\mathrm {s} }(k)\propto k^{n_{\mathrm {s} }-1}.}$

Skaler dalgalanmalar için, skalada değişmeyen dalgalanmalara karşılık gelen skaler spektral indeks olarak adlandırılır . ${\displaystyle n_{\mathrm {s} }}$${\displaystyle n_{\mathrm {s} }=1}$

Skaler spektral indeks , yoğunluk dalgalanmalarının ölçeğe göre nasıl değiştiğini açıklar. Bu kuantum dalgalanmaları süper-ufuk boyutuna ulaştığında, bu dalgalanmaların boyutu şişmenin hareketine bağlı olduğundan, farklı şişme potansiyelleri farklı spektral indeksleri tahmin eder. Bunlar, yavaş yuvarlanma parametrelerine, özellikle de potansiyelin gradyanına ve eğriliğine bağlıdır. Eğriliğin büyük ve pozitif olduğu modellerde . Öte yandan, monomial potansiyeller gibi modeller kırmızı bir spektral indeksi tahmin eder . Planck 0,96 değerini verir . ${\displaystyle n_{s}>1}$${\displaystyle n_{s}<1}$${\görüntüleme stili n_{s}}$

Tensör modları

İlkel tensör dalgalanmalarının varlığı birçok şişirme modeli tarafından tahmin edilmektedir. Skaler dalgalanmalarda olduğu gibi, tensör dalgalanmalarının bir güç yasasını izlemesi beklenir ve tensör indeksi (skaler indeksin tensör versiyonu) tarafından parametreleştirilir. Tensörün skaler güç spektrumuna oranı şu şekilde verilir:

${\displaystyle r={\frac {2|\delta _{h}|^{2}}{|\delta _{R}|^{2}}},}$

burada 2, tensör modlarının iki polarizasyonu nedeniyle ortaya çıkar. 2015 SPK veri Planck uydusu bir kısıtlamayı verir . ${\görüntüleme stili r<0.11}$

Adyabatik/eş eğrilik dalgalanmaları

Adyabatik dalgalanmalar , sayı yoğunluğunda eşit kesirli üst/düşük yoğunluklara sahip olan tüm madde ve enerji formlarındaki yoğunluk değişimleridir . Örneğin, sayı yoğunluğunda iki faktörlü bir adyabatik foton aşırı yoğunluğu aynı zamanda iki elektron aşırı yoğunluğuna karşılık gelir . Eş eğrilik dalgalanmaları için, bir bileşen için sayı yoğunluğu varyasyonları, diğer bileşenlerdeki sayı yoğunluğu varyasyonlarına mutlaka karşılık gelmez. Genellikle ilk dalgalanmaların adyabatik olduğu varsayılırken, mevcut kozmolojik veriler göz önüne alındığında eş eğrilik dalgalanmalarının olasılığı düşünülebilir. Mevcut kozmik mikrodalga arka plan verileri, adyabatik dalgalanmaları destekliyor ve ilişkisiz eş eğrilikli soğuk karanlık madde modlarını küçük olmaya zorluyor .

Ayrıca bakınız

• Büyük patlama
• kozmolojik pertürbasyon teorisi
• Press-Schechter formalizmi

Referanslar

Dış bağlantılar

• Crotty, Patrick, "CMB ve LSS verilerinden eş eğrilik pertürbasyonları üzerindeki sınırlar". Fiziksel İnceleme Mektupları. arXiv : astro-ph/0306286
• Linde, Andrei, "Kuantum Kozmolojisi ve Enflasyonist Evrenin Yapısı". Davetli konuşma. arXiv : gr-qc/9508019
• Peiris, Hiranya , "Birinci Yıl Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondası (WMAP) Gözlemleri: Enflasyon İçin Etkileri". Astrofizik Dergisi. arXiv : astro-ph/0302225
• Tegmark, Max, "SDSS ve WMAP'den kozmolojik parametreler". Fiziksel İnceleme D. arXiv : astro-ph/0310723