131. Тёмная материя в ранней Вселенной

Тёмная материя— форма материи, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Это свойство данной формы вещества делает невозможным её прямое наблюдение. Однако возможно обнаружить присутствие тёмной материи по создаваемым ею гравитационным эффектам.

Обнаружение природы тёмной материи поможет решить проблему скрытой массы, которая, в частности, заключается в аномально высокой скорости вращения внешних областей галактик.

Ранее существовавшие космологические модели исходили из предположения, что основную часть массы Вселенной составляет материя (как видимая, так и тёмная). На основании новых наблюдений, свидетельствующих об ускорении расширения, нулевой кривизне пространства и др., было постулировано существование неизвестного вида энергии с отрицательным давлением. Её назвали тёмной энергией.

В качестве возможных носителей тёмной массы в настоящее время рассматриваются объекты барионной и небарионной природы

• Барионное вещество (макроскопические объекты) – массивные объекты гало галактик, к которым относятся слабоизлучающие компактные объекты, в первую очередь маломассивные звёзды — коричневые карлики, очень массивные юпитероподобные планеты, масса которых недостаточна для инициирования термоядерных реакций в их недрах, а также остывшие белые карлики, нейтронные звёзды и чёрные дыры.

• Скрытая масса, состоящая из барионного вещества, должна составлять около 3% вещества Вселенной.

• Ещё примерно 23% массы Вселенной приходится на небарионную тёмную материю, не участвующую в сильном и электромагнитном взаимодействии. Она наблюдается только в гравитационных эффектах.

132. Дипольная анизотропия реликтового излучения

Дипольная составляющая РИ вызвана движением измеряющего прибора относительно реликтового излучения: эффект Доплера приводит к «посинению» фотонов, распространяющихся навстречу прибору, и к «покраснению» догоняющих его фотонов. На фоне однородного распределения температуры появляется два «полюса» – тёплый в направлении движения и холодный в противоположном направлении. Амплитуда дипольной составляющей температуры реликтового излучения равна 3,35 мК, что соответствует скорости движения 366 км/с.

133. Мультипольная анизотропия реликтового излучения

Ранняя Вселенная представляла собой плазму фотонов и барионов, которую можно рассматривать как единую жидкость. Конкуренция между гравитацией и давлением излучения приводит к продольным (акустическим) осцилляциям в фотон-барионной жидкости. Когда материя и излучение разделяются в момент рекомбинации, картина акустических колебаний остается запечатлённой в РИ. Сегодня доказательство существования звуковых волн (областей пониженной и повышенной плотности) детектируется в форме первичной анизотропии РИ. Известно, что любая звуковая волна, независимо от того, насколько она сложна, может быть представлена в виде суперпозиции мод с различными волновыми векторами k (k ~ 1/λ). Каждой моде с λ (или с k) отвечает определенный угловой размер θ на небе. Следовательно, для того чтобы облегчить сравнение теории с экспериментом, вместо разложения Фурье для акустических колебаний (в терминах синусов и косинусов) можно использовать угловое (мультипольное) разложение в терминах полиномов Лежандра P_l(cosθ). Порядок полинома L играет ту же роль, что и k в разложении Фурье. Для L≥2 полиномы Лежандра – это осциллирующие функции на интервале [–1, 1]. Число осцилляций увеличивается по мере роста L. Следовательно, значение l (порядок мультипольного момента) обратно пропорционален характерному угловому размеру моды: L~ l/θ/