Жалқы ұрықтық құбылыстар: Космикалық инфляция және құрылым қалыптасуы
Primordial fluctuations
Ғарыштын бастапқы құбылыстары: ғарыштың құрылымын қалыптастырған тығыздық өзгерулері. Космикалық инфляция, микротолқынды фон және галактикалар зерттелуде.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Бастапқы флуктуациялар – ғаламның ерте кезеңіндегі тығыздық өзгерулері, олар ғаламдағы барлық құрылымның бастауы деп саналады. Қазіргі уақытта олардың пайда болуына қатысты ең қабылданған түсінік – ғарыштық инфляция контекстінде. Инфляциялық парадигмаға сәйкес, инфляция кезінде масштаб факторының экспоненциалды өсуі инфлатон өрісінің кванттық флуктуацияларын макроскопиялық деңгейге дейін созуға және горизонттан шыққаннан кейін "қатаңдатуға" алып келді. Сәулелену және материяның басымдығының кейінгі кезеңдерінде бұл флуктуациялар қайтадан горизонтқа еніп, құрылымның қалыптасуы үшін бастапқы шарттарды жасады. Бастапқы флуктуациялардың статистикалық қасиеттерін ғарыштық микротолқындық фондағы анизотропияларды бақылау және материяның таралуын өлшеу арқылы анықтауға болады, мысалы, галактикалардың қызыл жылжуын зерттеулер. Флуктуациялар инфляциядан туындайды деп есептелетіндіктен, мұндай өлшемдер инфляциялық теориядағы параметрлерге шектеулер қоюға да мүмкіндік береді.
Primordial fluctuations are density variations in the early universe which are considered the seeds of all structure in the universe. Currently, the most widely accepted explanation for their origin is in the context of cosmic inflation. According to the inflationary paradigm, the exponential growth of the scale factor during inflation caused quantum fluctuations of the inflaton field to be stretched to macroscopic scales, and, upon leaving the horizon, to "freeze in". At the later stages of radiation and matter domination, these fluctuations re entered the horizon, and thus set the initial conditions for structure formation. The statistical properties of the primordial fluctuations can be inferred from observations of anisotropies in the cosmic microwave background and from measurements of the distribution of matter, e. g., galaxy redshift surveys. Since the fluctuations are believed to arise from inflation, such measurements can also set constraints on parameters within inflationary theory.
Формализм
Бастапқы флуктуациялар әдетте қуат спектрімен сандық сипатталады, ол кеңістіктік масштаб функциясы ретінде ауытқулардың қуатын көрсетеді. Бұл формализмде, әдетте, флуктуациялардың бөлшектік энергия тығыздығы қарастырылады, ол энергия тығыздығының (ρ), оның орташа мәнінің (<ρ>) және флуктуациялардың толқын санының (k) арақатынасы арқылы беріледі:
Primordial fluctuations are typically quantified by a power spectrum which gives the power of the variations as a function of spatial scale. Within this formalism, one usually considers the fractional energy density of the fluctuations, given by:
Қуат спектрін (P(k)) Фурье компоненттерінің жиындық орташасы арқылы анықтауға болады:
where is the energy density, its average and the wavenumber of the fluctuations. The power spectrum can then be defined via the ensemble average of the Fourier components:
Флуктуациялардың скалярлық және тензорлық түрлері бар.
There are both scalar and tensor modes of fluctuations.
Адиабатикалық/изокривтуралық ауытқулар
Адиабатикалық флуктуациялар – зат пен энергияның барлық түрлеріндегі тығыздық өзгерулері, олардың саны тығыздығындағы қатынастық артық/кемдік бірдей болады. Мысалы, егер адиабатикалық фотон саны тығыздығы екі есе артық болса, электрон саны тығыздығы да екі есе артық болады. Изокурватуралық флуктуациялар үшін, бір компоненттің саны тығыздығындағы өзгерулері басқа компоненттердің саны тығыздығындағы өзгерулерімен міндетті түрде сәйкес келе бермейді. Көбінесе бастапқы флуктуациялар адиабатикалық деп есептелсе де, қазіргі космологиялық деректерді ескере отырып, изокурватуралық флуктуациялар мүмкіндігін қарастыруға болады. Қазіргі ғарыштық микротолқындық фон деректері адиабатикалық флуктуацияларды қолдайды және байланыссыз изокурватуралық суық қара материя режимдерінің шағын болуын шектейді.
Adiabatic fluctuations are density variations in all forms of matter and energy which have equal fractional over/under densities in the number density. So for example, an adiabatic photon overdensity of a factor of two in the number density would also correspond to an electron overdensity of two. For isocurvature fluctuations, the number density variations for one component do not necessarily correspond to number density variations in other components. While it is usually assumed that the initial fluctuations are adiabatic, the possibility of isocurvature fluctuations can be considered given current cosmological data. Current cosmic microwave background data favor adiabatic fluctuations and constrain uncorrelated isocurvature cold dark matter modes to be small.