Analiza obserwowanej anizotropii

1. Zależność $T=T(\theta,\phi )$ powstała przez efekty:

a)

Efekt Dopplera (Doppler effect) - spowodowana ruchem obserwatora względem powierzchni ostatniego rozproszenia. Prowadzi to do zależności od $cos(\theta)$, gdzie $\theta$ to kąt pomiędzy kierunkiem ruchu obserwatora, a fotonów. Dominuje w małych skalach kątowych.

b)

Efekt Sachsa-Wolfa (Sachs Wolfe Effect) - różnice grawitacyjnego potencjału na powierzchi ostatniego rozproszenia, różne w różnych miejscach. Wychodzeniu fotonu ze studni potencjału towarzyszy poczerwienienie. Dominuje w dużych skalach kątowych (małe l).

c)

Wewnętrzna anizotropia (intrinsic anisotropy) - gęstość energii promieniowania może mieć wewnętrzną niejednorodność.

 
2. Czynniki, które zniosły część pierwotnych anizotropii:

a)

Rejonizacja (Re-ionisation) - jeśli jakaś materia została zjonizowana przed rekombinacją to fotony będą odziaływały z naładowaną materią zmieniając anizotropię CMB.

b)

Skończony rozmiar powierzchi ostatniego rozproszenia - uwolnienie fotonów nastąpiło nie w jednej chwili, ale działo się przez pewien okres czasu tj. $\Delta z \simeq80$.

c)

Rozproszenie (Silk Damping) - uwolnienie fotonów następuje w okresie rekombinacji i fotony rozproszyły się z obszarów o wysokiej gęstości do niższej, pociągając za sobą bariony.

 
3. Procesy na drodze fotonu do nas, które produkują anizotropie:

a)

Zintegrowany efekt Sachsa-Wolfa (integrated Sachs Wolfe effect) - zmiana grawitacyjnego potencjału na drodze fotonu do obserwatora np. przy przechodzeniu przez zapadający się obłok.

b)

Efekt Sunayaeva-Zeldovicha (Zeldovich-Sunyaev effect) - oddziaływanie fotonów z CMB z gorącym gazem gromad galaktyk, czego wynikiem jest odwrotny efekt Comptona.

 
4. Przyczyny powstania pierwotnych niejednorodności:

-

inflacja ($10^{-32}s$ po Big Bang) rozszerzyło kwantowe fluktuacje do skal astronomicznych. Te fluktuacje zmieniły się w fale dźwiękowe (fale gęstości), gdy energia próżni, która spowodowała inflację, rozpadła się na promieniowanie i materię.

-

deformacje topologiczne ( $10^{36}s$ po Big Bang), związane z przejściem fazowym spowodowane spontanicznym złamaniem symetrii w teorii unifikacji sił i cząstek. Jeśli deformacje są jednowymiarowe to mówimy o kosmicznych strunach (cosmic strings). Głównym źródłem niejednorodności jest rozdzielenie się sił elektrosłabych ( $t\approx 10^{-12}~s$) i przejściem QCD (Quantum ChromoDynamics) związanym z rozdzieleniem się sił działających na kwarki i gluony, w wyniku którego siła ta inaczej działa na poszczególne kolory i smaki cząstek. Powstałe przez złamanie symetrii siły inaczej działają na poszczególne elementy materii i obszary, w krórych dane przejście następuje tworzą szoki, które rozszerzają się na cały Wszechświat..