Эффект Сакса – Вульфа - Sachs–Wolfe effect

Часть серии по
Физическая космология
Изображение полного неба, полученное по данным WMAP за девять лет
  • Категория Категория
  • Крабовидная туманность.jpg Астрономический портал

В Эффект Сакса – Вульфа, названный в честь Райнер К. Сакс и Артур М. Вулф,[1] является собственностью космическое микроволновое фоновое излучение (CMB), в котором фотоны CMB гравитационное красное смещение, из-за чего спектр реликтового излучения выглядит неравномерным. Этот эффект является основным источником флуктуаций реликтового излучения для угловых масштабов выше примерно десяти градусов.

Неинтегрированный эффект Сакса – Вульфа

Неинтегрированный эффект Сакса – Вульфа вызван гравитационным красным смещением, происходящим в поверхность последнего рассеяния. Эффект непостоянен по небу из-за различий в плотности вещества / энергии во время последнего рассеяния.

Интегрированный эффект Сакса – Вульфа

Интегрированный эффект Сакса – Вульфа (ISW) также вызван гравитационным красным смещением, но он возникает между поверхностью последнего рассеяния и земной шар, так что это не часть изначального CMB. Это происходит, когда Вселенная по плотности энергии преобладает нечто иное, чем материя. Если во Вселенной преобладает материя, то крупномасштабные гравитационный потенциальная энергия колодцы и холмы существенно не развиваются. Если во Вселенной доминирует радиация, или темная энергия Однако эти потенциалы эволюционируют, тонко изменяя энергию фотоны проходя через них.

Есть два вклада в эффект ISW. "Ранний" ISW возникает сразу после (неинтегрированного) эффекта Сакса-Вульфа, вызывающего первичный реликтовый фон, поскольку фотоны проходят через флуктуации плотности, пока еще достаточно радиация вокруг, чтобы повлиять на расширение Вселенной. Хотя физически он такой же, как ISW позднего времени, для целей наблюдений его обычно объединяют с первичным реликтовым излучением, поскольку вызывающие его колебания материи на практике необнаружимы.

Поздний интегрированный эффект Сакса – Вульфа

Эффект ISW "позднего времени" возник совсем недавно в космической истории, поскольку темная энергия, или космологическая постоянная, начинает управлять расширением Вселенной. К сожалению, номенклатура немного сбивает с толку. Часто «поздний ISW» неявно относится к эффекту позднего ISW для линейный / первый порядок в возмущениях плотности. Эта линейная часть эффекта полностью исчезает в плоская вселенная только с материей, но доминирует над частью эффекта более высокого порядка во вселенной с темной энергией. Полный нелинейный (линейный + более высокий порядок) эффект ISW на поздних временах, особенно в случае отдельных пустот и кластеров, иногда называют эффектом Риса – Скиамы, поскольку Мартин Рис и Деннис Скиама прояснил следующую физическую картину.[2]

Ускоренное расширение из-за темной энергии вызывает даже сильные крупномасштабные потенциальные ямы (сверхскопления ) и холмы (пустоты ) распадаться с течением времени требуется фотон путешествовать по ним. Фотон получает импульс энергии, попадающий в потенциальную яму (сверхскопление), и сохраняет часть этой энергии после того, как выходит, после того, как яма была растянута и обмелена. Точно так же фотон должен расходовать энергию, войдя в суперпустоту, но не получит ее обратно при выходе из слегка раздавленного потенциального холма.

Сигнатура позднего ISW - ненулевой перекрестныйкорреляционная функция между плотностью галактик (количество галактик на квадратный градус) и температурой реликтового излучения,[3] потому что сверхскопления мягко нагревают фотоны, а суперпустоты мягко их охлаждают. Эта корреляция была обнаружена от средней до высокой значимости.[4][5][6][7][8]

Подробный анализ того, как такие параметры, как дробовой шум, максимальные мультипольные диапазоны или диапазоны красного смещения, могут влиять на значимость обзоров радиоконтинуума, был представлен Рахманом в 2014 году.[9]

В мае 2008 г. Granett, Neyrinck & Szapudi показали, что ISW позднего времени можно привязать к дискретным суперполостям и суперкластерам, идентифицированным в SDSS Каталог Luminous Red Galaxy.[10] Их обнаружение ISW отслеживает локализованный эффект ISW, производимый супервоядами и сверхскоплениями на CMB. Однако амплитуда этого локализованного обнаружения спорна, поскольку она значительно превышает ожидания и зависит от нескольких допущений анализа.

Рекомендации

  1. ^ Sachs, R.K .; Вулф, А. М. (1967). «Возмущения космологической модели и угловые вариации микроволнового фона». Астрофизический журнал. 147: 73. Bibcode:1967ApJ ... 147 ... 73S. Дои:10.1086/148982.
  2. ^ Rees, M. J .; Sciama, D. W. (1968). «Крупномасштабные неоднородности плотности во Вселенной». Природа. 217 (5128): 511–516. Bibcode:1968Натура.217..511R. Дои:10.1038 / 217511a0. S2CID  4168044.
  3. ^ Crittenden, R.G .; Турок, Н. (1996). «В поисках космологической постоянной с эффектом Риса – Сиамы». Письма с физическими проверками. 76 (4): 575–578. arXiv:Astro-ph / 9510072. Bibcode:1996ПхРвЛ..76..575С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.76.575. PMID  10061494.
  4. ^ Fosalba, P .; и другие. (2003). "Обнаружение интегральных эффектов Сакса – Вульфа и Сюняева – Зельдовича от корреляции космического микроволнового фона и галактики". Астрофизический журнал. 597 (2): L89. arXiv:astro-ph / 0307249. Bibcode:2003ApJ ... 597L..89F. Дои:10.1086/379848.
  5. ^ Scranton, R .; и другие. (Сотрудничество SDSS) (2003). «Физические доказательства темной энергии». arXiv:Astro-ph / 0307335.
  6. ^ Ho, S .; и другие. (2008). «Корреляция реликтового излучения с крупномасштабной структурой. I. Интегрированная томография Сакса – Вульфа и космологические последствия». Физический обзор D. 78 (4): 043519. arXiv:0801.0642. Bibcode:2008PhRvD..78d3519H. Дои:10.1103 / PhysRevD.78.043519. S2CID  38383124.
  7. ^ Giannantonio, T .; и другие. (2008). «Комбинированный анализ интегрированного эффекта Сакса – Вульфа и космологических последствий». Физический обзор D. 77 (12): 123520. arXiv:0801.4380. Bibcode:2008ПхРвД..77л3520Г. Дои:10.1103 / PhysRevD.77.123520. S2CID  21763795.
  8. ^ Raccanelli, A .; и другие. (2008). "Переоценка доказательств интегрированного эффекта Сакса-Вульфа через WMAP–НВСС корреляция ». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 386 (4): 2161–2166. arXiv:0802.0084. Bibcode:2008МНРАС.386.2161Р. Дои:10.1111 / j.1365-2966.2008.13189.x. S2CID  15054396.
  9. ^ Рахман, С. Ф. (2014). «Теоретические оценки интегрированного обнаружения эффекта Сакса – Вульфа посредством обзора EMU-ASKAP с анализом путаницы, неопределенности положения, дробового шума и SNR». Канадский журнал физики. 93 (Just – In, 9 сентября): 384–394. arXiv:1409.5389. Bibcode:2015CaJPh..93..384R. Дои:10.1139 / cjp-2014-0339.
  10. ^ Granett, B.R .; Neyrinck, M.C .; Шапуди, И. (2008). «Отпечаток сверхструктур на микроволновом фоне из-за интегрированного эффекта Сакса – Вульфа». Астрофизический журнал. 683 (2): L99 – L102. arXiv:0805.3695. Bibcode:2008ApJ ... 683L..99G. Дои:10.1086/591670. S2CID  15976818.

внешняя ссылка