Espectro de potencia angular de CMB

Me preguntaba si alguien podría guiarme a través de los diferentes picos de este espectro (ver más abajo). He estado leyendo y leyendo numerosas páginas sobre esto, pero parece que no puedo entenderlo.

Sé que el pico alto nos dice la curvatura del Universo, pero no estoy seguro de por qué y cómo, y de dónde viene. Mi conclusión un tanto de dónde proviene es que proviene de "ondas de sonido" del Universo primitivo, antes de que los fotones se desacoplaran. Entonces, básicamente, debido a las fluctuaciones en la densidad (incluso del Universo anterior), estas áreas más densas se contraen y elevan la temperatura de los fotones en la misma área. Esto calienta el área, dando a los fotones más energía y, a partir de ahí, más presión de radiación. Esta región de baja a alta presión produce algún tipo de onda de sonido (si no me equivoco), que, de alguna manera, se traduce en el pico alto, pero nuevamente, no estoy muy seguro de por qué y cómo.

Los otros picos, realmente estoy confundido, y realmente no estoy seguro de lo que me dicen y, físicamente, de dónde vienen.

Sé que puede ser una respuesta larga, pero tenía que intentarlo, ya que no he podido resolverlo por mí mismo.

Gracias por adelantado.Espectro de potencia CMB

Respuestas (1)

Como primer paso, sería bueno revisar en qué consiste este momento multipolar. yo significa. El CMB, por supuesto, viene hacia nosotros desde una capa esférica que nos rodea. Por lo tanto, vemos una proyección esférica y nos gustaría cuantificarla de la misma manera que descomponemos una onda plana en funciones trigonométricas.

Para hacer esto en una esfera, usamos armónicos esféricos en su lugar. Estas funciones son las funciones propias de la parte angular de la ecuación de Laplace, y es posible que las conozca por la mecánica cuántica en la que las usamos para resolver la ecuación tridimensional de Schrödinger para, por ejemplo, el átomo de H. Satisfacen, por ejemplo, el requisito de ortonormalidad y se pueden usar como funciones trigonométricas en el espacio real.

yo es una etiqueta para los armónicos esféricos y se puede comparar con el número de onda en ondas planas: es una medida (inversamente proporcional a) el tamaño de las perturbaciones. Como el número de onda es inversamente proporcional a la longitud de onda.

Tiene toda la razón en que las ondas de sonido están involucradas: al igual que el sonido que viaja como ondas de densidad en el aire aquí en la Tierra, el fluido fotón-barión (que se acoplaron antes del desacoplamiento) está influenciado por tales ondas. Algunos de estos con una longitud de onda particular (que, recuerde, veremos como un tamaño angular en el cielo) pueden quedar atrapados en un extremo, de modo que vemos mucha estructura en estas escalas particulares.

Si una escama se atrapará al máximo o no, depende de su tiempo de oscilación hasta la recombinación. Cuando los átomos se recombinan, los fotones ya no chocarán con frecuencia y estas ondas planas dejarán de existir.

Ahora, para responder finalmente a su pregunta: ¿cómo encaja la curvatura espacial del universo en esta mezcla? El primer pico corresponde a la mayor escala que ha podido alcanzar un máximo en el momento de las recombinaciones. Esto está relacionado con el tamaño del horizonte en ese momento: las escalas que no han entrado en el horizonte aún no han comenzado a oscilar (porque ese es el significado del horizonte cósmico: las escalas más grandes que esta no pueden 'comunicarse'.

Ahora, dado que sabemos con bastante precisión cuánto tiempo después de que ocurrió el desacoplamiento del Big Bang, etc., podemos calcular con bastante precisión qué tan grande debería ser el horizonte en este momento y esto debería corresponder a una escala angular muy bien definida en el cielo, si el universo era euclidiano (espacialmente plano). Sin embargo, si el espacio es de hecho negativamente (positivamente) curvado, el tamaño proyectado del primer pico (el tamaño del horizonte en el desacoplamiento) sería más pequeño ( más grande ) de lo esperado: ¡una indicación y medida directa del efecto de curvatura!

Puede comparar esto con una lupa: si observa que un insecto es x veces más grande que su tamaño (conocido), puede calcular el poder de aumento del vidrio; en esta analogía, el poder de aumento es comparable al curvatura espacial de nuestro universo.

¡Espero que esto ayude!

Su respuesta es agradable, pero se confunde con algunas declaraciones. Dijiste, "es una medida (inversamente proporcional a) el tamaño de las perturbaciones". ¿A qué cantidad te refieres cuando dices "el tamaño de las perturbaciones"? ¿Te refieres al cuadrado absoluto de a yo metro en Δ T = ∑ a yo metro Y yo metro ?Si es así, ¿por qué dices eso? yo es inversamente proporcional al tamaño de las perturbaciones? ¿O quiere decir algo más por el tamaño de las perturbaciones? @usuario1991
(¡Hace mucho tiempo!) Lo que quise decir es que yo es inversamente proporcional al tamaño angular (marginado sobre metro )
Bueno. Gracias. " una determinada longitud de onda (...) puede quedar atrapada en un extremo " Tampoco entendí esta parte. ¿Qué quiere decir con una longitud de onda particular que se captura al máximo?
La idea ahí es que antes de la recombinación, las oscilaciones primordiales en todas las escalas se están enrareciendo y expandiendo, enrareciendo y expandiendo, como lo hacen las ondas. En la recombinación, estas ondas se congelan. En algunas escalas, la onda habrá alcanzado su amplitud máxima en ese momento, lo que dará como resultado una gran cantidad de estructura visible en esa escala. En otras escalas, las oscilaciones pasan por la posición de equilibrio, lo que no da como resultado una estructura particular en esa escala. Eso es lo que quise decir con 'atrapado en un extremo'. (¿eso está un poco más claro?)
Espectro de potencia angular de CMB
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