Природные процессы, явления внутри небесных тел или в космическом пространстве

Первичные возмущения

Перви́чные возмуще́ния (первичные флуктуации), малые начальные отклонения геометрии ранней Вселенной от пространственно-плоской . Геометрия ранней Вселенной, описываемая моделью Фридмана и первичными возмущениями в рамках , является основой .

Первичные возмущения разделяются на три независимые в 1-м порядке моды – скалярную, тензорную и вихревую. Скалярная мода описывает первичные возмущения плотности материи, рост которых вследствие приводит к образованию , и . Тензорная мода представляет собой . Пример вихревой моды – космологические магнитные поля. Во фридмановской (однородной и изотропной) Вселенной в 1-м порядке теории возмущений генерируются только скалярная и тензорная моды.

Пространственное распределение галактик и карты предоставляют информацию о поле возмущений плотности в современную эпоху ( z0z≈0) и о совместном распределении всех мод первичных возмущений в водорода (z1100z≈1100) соответственно. Эти и другие наблюдательные данные при их сопоставлении с теорией и результатами численного моделирования позволяют восстановить начальные космологические условия (геометрию ранней Вселенной) и условия развития возмущений (состав Вселенной) независимо друг от друга. Первичные возмущения распределены в пространстве случайным образом и детерминированы по временнóй фазе (выделена «растущая» ветвь возмущений). Безразмерная амплитуда скалярной моды на составляет 10–5, а спектр неоднородностей близок к . Тензорная и вихревая моды возмущений сильно подавлены относительно скалярной.

Первичные (космологические) гравитационные волны характеризуются большой длиной волны, сравнимой с размером горизонта Вселенной. Их прямая регистрация практически невозможна из-за того, что при входе «под горизонт» они быстро затухают. Наиболее перспективным способом непрямого детектирования первичных гравитационных волн представляется анализ . Непрямое детектирование первичных гравитационных волн по их вкладу в оказалось невозможным из-за невысокой амплитуды космологических гравитационных волн и высокой статистической ошибки измерений спектра (англ. cosmic variance) на больших масштабах.

Первичные возмущения обязаны своим существованием эффекту их в переменном . Этот эффект присущ не только возмущениям плотности и гравитационным волнам, но и любым безмассовым степеням свободы, связанным с нестационарным фоном (рождение частиц). Это физическое свойство обеспечивает (спонтанное) рождение возмущений из геометрии в ранней Вселенной. Амплитуда рождённых неоднородностей зависит от интенсивности и частоты внешнего поля и пропорциональна первой производной Вселенной. В силу того, что тензорная и скалярная моды первичных возмущений по-разному связаны с эволюцией масштабного фактора, их отношение зависит от его второй производной. Из наблюдаемой малости тензорной моды следует, что в период существования и эволюции первичных возмущений Вселенная расширялась ускоренно () и плотность энергии не превышала энергию .

Эффект параметрического усиления объясняет все наблюдательные характеристики космологических возмущений плотности и является общепризнанным генератором структуры Вселенной. Это позволяет предсказать наличие пока не обнаруженных первичных гравитационных волн с определёнными свойствами. Если прогресс наблюдательной космологии приведёт к открытию тензорной моды первичных возмещений с требуемыми свойствами, это подтвердит справедливость Стандартной космологической модели и общей теории относительности на космологических масштабах и прольёт свет на физику ранней Вселенной.

  • Космологические модели и теории
  • Физические явления
  • Физические поля
  • Ранняя Вселенная
  • Астрофизические процессы и явления
  • Квантовая теория гравитации