handout - Desy

Diese Gravitation bewirkt, dass das dichtere Gebiet langsamer expandiert, als das
übrige Universum. Die Dichte nimmt in diesem Gebiet also langsamer ab, als in
anderen Gebieten mittlerer Dichte. Die Dichtefluktuation in diesem Gebiet wächst
also weiter an. Wir finden, dass sich Dichtefluktuationen selbst verstärken!
4.4 Sachs-Wolfe-Effekt
Es ist möglich, dass Photonen in die Potentialtöpfe stürzen. Bei einem Eintritt
gewinnen sie Energie und erscheinen blau-verschoben. Entfliehen sie dem Potentialtopf,
müssen sie Energie aufwenden, sie werden rot-verschoben. Ist der Potentialtopf
unveränderlich heben sich die Rot- und Blauverschiebung gerade auf: Das Photon
gewinnt die Energie, die es auch aufwenden muss um dem Potential zu entfliehen.
4.5 Integrierter Sachs-Wolfe-Effekt
Hierbei handelt es sich um eine sekundäre Anisotropie. Im Laufe der Zeit dehnt
sich unser Universum immer weiter aus. Das hat Einfluss auf die Gravitationspotentiale,
die Photonen der kosmischen Hintergrundstrahlung überwinden müssen
(Sachs-Wolfe-Effekt). Wir nehmen an, ein Photon fällt in ein Gravitationspotential,
das eine gewisse Höhe hat. Dehnt sich das Universum nun aus, nimmt diese Höhe
ab. Entflieht das Photon also dem Potential, muss es weniger Energie aufwenden,
als es zu Beginn gewonnen hat! Diesen Effekt bezeichnet man als Integrierten Sachs-
Wolfe-Effekt.
Dieser Effekt ist natürlich nur beobachtbar, wenn man das Gravitationspotential
als zeitabhängig annimmt. Nicht in allen kosmologischen Modellen ist das so: Das
Einstein-DeSitter-Modell (EdS-Modell) führt zu einem Potential, das nicht von der
Zeit abhängt. Da aber der Integrierte Sachs-Wolfe-Effekt tatsächlich durch die
Temperatur-Fluktuationen beobachtet worden ist, kann man das EdS-Universum
als Modell ausschließen.
Durch Vermessung der Temperatur-Anisotropie der kosmischen Hintergrundstrahlung
kann man kosmologische Modelle falsifizieren!
4.6 Akustische Schwingungen
Zwischen der Phase der Inflation und der Rekombination konnten sich Schwingungen
ausbilden. Garvitaionspotentiale (Dunkle Materie) komprimierten das Baryonen-
Leptonen-Photonen Gas, die Photonen (Strahlungsdruck) wirken dem entgegen und
treiben Baryonen und Leptonen wieder auseinander. So kommt es zu Dichteschwankungen
der Baryonen und Leptonen in der Zeit. Diese Schwingungen werden im Leistungsspektrum
als ausgeprägte Maxima deutlich. Diese sind eine Überlagerung aus
einer Grundschwingung (halbe Wellenlänge) und Oberschwingungen (ganzzahlige
Vielfache der Grund-Wellenlänge). Wird die Wellenlänge einer Schwingung kleiner,
als die mittlere freie Weglänge der Photonen, können sich keine Schwingungen
mehr ausbilden. So ergibt sich eine Grenze der akustischen Schwingungen für
kleine Skalen. Die obere Grenze ist durch die maximale Wellenlänge gegeben: Sie
entspricht der Schwingung von einer maximalen Verdichtung zu einer minimalen
Verdichtung.
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