Barionowe oscylacje akustyczne

Barionowe oscylacje akustyczne (BAO) – wahania w gęstości widocznych cząstek barionów (normalnej materii) Wszechświata, spowodowane akustycznymi falami gęstości w pierwotnej plazmie wczesnego Wszechświata. W ten sam sposób supernowa dostarcza świece standardowe służące do obserwacji astronomicznych. Materia gromadzenia się BAO zaopatruje kosmologię w Linijkę standardową^[1], używaną jako skala długości. Odcinek linijki standardowej podaje się jako maksymalny dystans, który mogą przebyć fale akustyczne w pierwotnej plazmie, zanim zostanie ona schłodzona do momentu, w którym staje się neutralnymi atomami, które zatrzymane przez rozchodzenie się lawy, zostaje „zamrożone”. Długość linijki standardowej (ok. 490 milionów lat świetlnych) może być zmierzona poprzez obserwację wieloskalowych struktur Wszechświata, używając map określonych rejonów nieba.

Wczesny Wszechświat

Wczesny Wszechświat składaj się z gorącej, gęstej plazmy złożonej z elektronów oraz barionów (protonów i neutronów). Fotony (cząstki światła) podróżując przez Wszechświat zostały nagle uwięzione, nie miały możliwości przedostania się na żaden znaczny dystans przed interakcją z plazmą za pośrednictwem rozpraszania Thomsona. Podczas gdy Wszechświat się rozszerzał, plazma schłodziła się do temperatury poniżej 3000 K – wystarczająco niskiej energii do tego, aby elektrony i protony w plazmie mogły swobodnie utworzyć neutralne atomy wodoru. Ta rekombinacja wystąpiła wtedy, kiedy Wszechświat liczył około 379 tysięcy lat. Fotony wchodziły w interakcję z neutralną materią niższego stopnia, toteż podczas tejże rekombinacji Wszechświat stał się niewidoczny dla fotonów, co pozwoliło im na rozłączenie się od materii, czego skutkiem była możliwość swobodnego lotu przez Wszechświat (trasa lotu stała się tak ogromna, jak rozmiar Wszechświata). Radiacją mikrofalowego promieniowania tła jest światło, które zostało wyemitowane po rekombinacji i jest obecnie widzialne przez teleskopy.

Kosmiczny dźwięk

Podczas gdy przyciąganie grawitacyjne kieruje materię w stronę obszaru o nadmiernej gęstości pierwotnej plazmy, ciepło współdziałania materii fotonów tworzy pokaźną ilość zewnętrznego ciśnienia. Te przeciwdziałające sobie siły grawitacji i ciśnienia utworzyły oscylacje, analogiczne do fal dźwiękowych tworzonych przez różnice w ciśnieniu powietrza^[2].

Pojedyncza fala pochodzi z centrum regionu o nadmiernej gęstości plazmy. Miejsce to zawiera ciemną materię, bariony oraz fotony. Ciśnienie skutkuje w utworzeniu sferycznej fali dźwięku, zawierającej bariony i fotony poruszające się z prędkością większą niż połowa prędkość światła w przeciwną stronę od nadmiernej gęstości. Ciemna materia wchodzi w interakcję jedynie grawitacyjnie, dlatego też pozostaje na środku fali dźwiękowej, miejscu pochodzenia nadmiernej gęstości. Przed podziałem fotony i bariony rozdzielają się od siebie. Po podziale fotony nie oddziałują już z materią barionów i są rozproszone.

Przypisy