W momencie rekombinacji fala podstawowa jest zamrożona w fazie, w której grawitacja wzmacnia stopień sprężenia gęstszych obszarów. Jednak pierwszy wyższy ton harmoniczny, o długości fali równej połowie długości fali podstawowej, zostaje złapany w fazie przeciwnej. Grawitacja usiłuje ścisnąć plazmę, a ciśnienie gazu usiłuje go rozprężyć. W rezultacie fluktuacje temperatury wywoływane tym alikwotem są słabsze od wywoływanych przez falę podstawową. Efekt ten wyjaśnia, dlaczego drugie maksimum w widmie mocy jest mniejsze od pierwszego. Porównując amplitudy tych maksimów, kosmolodzy mogą oszacować, jak silna była we wczesnym Wszechświecie grawitacja w porównaniu z ówczesnym ciśnieniem promieniowania. Takie pomiary dowodzą, że gęstość energii barionów w momencie rekombinacji była w przybliżeniu taka sama jak gęstość energii fotonów. Bariony stanowią zatem około 5% dzisiejszej gęstości krytycznej. Ten wynik pozostaje w fantastycznej zgodności z gęstością barionów uzyskaną na podstawie badań syntezy lekkich pierwiastków w reakcjach jądrowych, jakie zachodziły w pierwszych trzech minutach po Wielkim Wybuchu.

Ogólna teoria względności mówi jednak, że grawitacji podlega zarówno materia, jak i energia. Czy zatem we wczesnym Wszechświecie grawitacja fotonów również wzmacniała fluktuacje temperatury? Okazuje się, że tak, ale był też inny efekt, który równoważył to wzmacnianie. Po rekombinacji fotony mikrofalowego promieniowania tła pochodzące z gęstszych obszarów straciły więcej energii niż fotony z obszarów rozrzedzonych, ponieważ musiały wydostawać się z głębszych jam potencjału grawitacyjnego. Zjawisko to, zwane efektem SachsaWolfe’a, zredukowało amplitudę fluktuacji temperatury promieniowania, dokładnie niwelując efekt ich wzmocnienia przez grawitację fotonów. Obszary, których rozmiary kątowe są dziś większe od 1°, były we wczesnym Wszechświecie zbyt duże, by podlegać oscylacjom akustycznym. W takich skalach fluktuacje temperatury pochodzą wyłącznie z efektu SachsaWolfe'a. Paradoksalnie, w takich obszarach gorące plamy w rozkładzie promieniowania reliktowego odpowiadają mniej gęstym miejscom we Wszechświecie.

Kosmolodzy mogą też dzięki mikrofalowemu promieniowaniu tła szacować ilość ciemnej materii we Wszechświecie. Grawitacja, która pochodzi od samych barionów, nie mogłaby modulować fluktuacji temperatury poza pierwszym maksimum w widmie mocy. Aby zapewnić jamom potencjału grawitacyjnego dostateczną głębokość, potrzebna była wystarczająca ilość ciemnej materii. Mierząc stosunki amplitud pierwszych trzech maksimów, uczeni odkryli, że gęstość zimnej ciemnej materii musi być około pięciu razy większa niż gęstość zwyczajnej barionowej materii. Tak więc ciemna materia stanowi około 25% dzisiejszej gęstości krytycznej. TAKI OPIS składu dzisiejszego Wszechświata sprawia niestety, że około 70% krytycznej gęstości pozostaje zupełnie nieokreślone. Aby skompensować ten deficyt, teoretycy zaproponowali istnienie tajemniczego składnika, zwanego ciemną energią, którego wpływ na dynamikę Wszechświata wzrastał z upływem czasu.

Tagi: dysk, grawitacja, temperatura

Katalog

Partnerzy

Reklama