Original: http://www.astro.ubc.ca/people/scott/faq_intermediate.html

 

Що таке “поверхня останнього розсіювання”?

Рання Всесвіт був настільки гарячою, що вся речовина була іонізується. Іонізований матеріал дуже добре при взаємодії з випромінюванням (він має високу “поперечний переріз” для розсіювання фотона), в той час як нейтральний матеріал є практично прозорим. Велика частина Всесвіту є водень, який був все іонізується аж до близько мільйона років після Великого вибуху. У міру розширення Всесвіту вона охолола, так що все це складові частини мали менше енергії. Близько мільйона років після протонів Великого вибуху були в змозі утримати електрони, без енергії бути настільки велика, що електрони розриваються знову. Таким чином, матеріал Всесвіту став займати нейтральну позицію у той час, після чого фотони і атоми водню навряд чи знову взаємодіяли один з одним. Тому, коли ми дивимося в космос ми бачимо мікрохвильовий фотон виходячи з напрямку, де останній раз розсіяною відіонізованого матеріалу. Були іони і електрони в кожному напрямку навколо нас, до тих пір, як ми дивимося на досить великі відстані (що означає, дивлячись досить далеко в минуле, через кінцевої швидкості світла). Таким чином, ми можемо визначити “поверхню останнього розсіювання”, яка є віддаленою оболонки в просторі, де сьогоднішні CMB фотони останнім розсіювання від іонізованого речовини. Ближче, ніж ця поверхню Всесвіт був власне кажучи прозорим. Далі, ніж ця поверхню фотони і іони швидко розсіювання. Таким чином, хоча поверхня має кінцеву товщину, вона є відносно різкого розмежування. Більшість анізотропії ми бачимо на небі сьогодні СВЧ були отримані на цій поверхні останнього розсіювання.

Чи можу я бачити об’єкти, які викликали анізотропією?

Іноді люди забувають, що більшість анизотропию реліктового випромінювання утворюються на поверхні останнього розсіювання, Знаючи, що попередники кластерів і суперкластери викликало мікрохвильові поштовхи, це не так уже й важко заплутатися про зв’язок між цими об’єктами і місцевими структурами. Але пам’ятайте, що остання подія розсіювання було близько 300 тисяч років після Великого вибуху, тобто дуже давно. Таким чином, об’єкти, які викликали гарячі і холодні плями, помічені COBE, наприклад, близько 15 мільярдів світлових років (за умови, що це вік Всесвіту), і ми бачимо їх вплив на КМФ близько 15 мільярдів років тому , Таким чином, фактичні структури, які викликали мікрохвильові пульсації в основному при довжині горизонту від нас, і, отже, далеко від структур, які ми відстежуємо, використовуючи щодо прилеглих кластерів. Проте, в статистичному сенсі ці об’єкти повинні бути дуже схожі на те, що були місцеві структури, як близько 15 мільярдів років тому. І пам’ятайте, що хтось, хто живе близько до горизонту відстані від нас буде бачити наше місцеве надскупчення викликає анізотропію на їх поверхні останнього розсіювання.

Гарячі точки надмірно щільності або під-щільності?

У стандартних теоретичних картин, які люди мають для флуктуацій реліктового випромінювання, варіації великі кути викликані гравітаційними червоними зсувами і синьо-зрушень від згустків, сидячи на поверхні останнього розсіювання. Підвищена щільність (тобто область з великою кількістю речовини, ніж в середньому) викликає фотон втрачати енергію на її вихід: ми говоримо, є “гравітаційний червоний зсув”, як фотон “вилазить з потенційної ями”. Underdensity з іншого боку, призводить до синім зміщенням. Так як червоне зміщення означає (червоно) фотон меншу енергію, то, що відповідає трохи нижчої температури реліктового випромінювання. Так overdensities холодні плями, і underdensities гарячі точки.

Є, звичайно, альтернативні теорії, в яких великі кути анізотропією викликані речами дещо інший, ніж ці прості гравітаційного червоного зсуву і блакитне зміщення. В таких теоріях це можливо для надлишкової і недостатньою щільності, щоб відповідати протилежній від того, що було описано вище. Зокрема, в моделях, де початкові обурення відбуваються з “топологічного дефекту” або режимів “isocurvature”, то може бути більш складним. Імовірно на деякий час в найближчому майбутньому ми дізнаємося остаточно, які великомасштабні флуктуації наш Всесвіт, і тоді ми будемо знати напевно, чи можете ви вказати на CMB гарячу точку і сказати: “Всесвіт мав звичай бути злегка недо- щільно в цьому напрямку “!

Що таке “Космічні Різниця Сума”?

При спробі оцінити будь-яку кількість, грунтуючись на обмеженому зразку, то ви очікуєте деяку невизначеність між вашою оцінкою і “істинної”, що лежить в основі значення. Це іноді відомо як зразка або вибірки дисперсії. Як ви будуєте все більшу і більшу вибірку ви очікуєте цю невизначеність, щоб зменшити (якщо все веде себе добре, він буде йти вниз, як квадратний корінь з числа зразків).

Тепер давайте уявимо, що ми намагаємося визначити цінність чогось на якомусь досить великих масштабах, скажімо розумну частку розміру спостережуваному Всесвіті. Ця величина може бути щільність або швидкість або деякі такі. Тоді що ми знайдемо те, що ми в кінцевому підсумку зіткнутися з обмеженням, бо є тільки кінцеве спостерігається Всесвіт, і тоді ми не можемо отримати більший зразок. Речі ще більш ясним для CMB, якщо ми намагаємося визначити спектр потужності, або, що еквівалентно амплітуди деяких мультипольних моментів (наскільки великі коливання в різних кутових масштабах). Будь-яка основна теорія, дасть прогноз середнього значення мультипольних коефіцієнтів, але флуктуації щільності за своєю природою стохастичний процес: теорія не буде говорити нам, що реалізація в нашому конкретному регіоні простору-часу. Це призводить до неминучої невизначеності при визначенні теоретичного “очікування значення” (те, що ви отримаєте, якщо ви могли б усереднити по ансамблю всесвітів) від нашого емпірично встановленої кількості. Незалежно від того, наскільки точно ви вимірюєте речі, ви не можете позбутися від цього “Космічної дисперсионного”.

Візьміть квадрупольної анізотропії в якості прикладу. Це річ на небі, яка має п’ять коефіцієнтів. Кожен з цих коефіцієнтів є деякий випадкове число (гаусом випадкової випадкова величина в стандартних моделях), і тому статистичний розподіл очікується для амплітуди квадрупольного подібно сумі п’яти Gaussians (а 2 розподілу з 5 ступенями свободи), і тому досить широко. Це означає, що вимірювання фактичного квадрупольні на нашому небі не говорить вам багато про вартість очікування квадруполів для зв’язки спостерігачів. Ви можете думати про цю невизначеності, як “теоретичний бар помилки”, якщо вам подобається. Для більш високих мультиполів (менші кутові шкали) є багато більше зразків, і тому «Космічні Різниця Сума” менш важлива. Так що, якщо ви намагаєтеся визначити кутовий спектр потужності, то при великих кутах ви, як правило, домінують “Космічної дисперсионного”, в той час як при малих кутах ви домінували інструментальний шум.