Развязка (космология) - Decoupling (cosmology)

Часть серии по
Физическая космология
Большой взрыв  · Вселенная Возраст вселенной Хронология Вселенной
Ранняя вселенная Эпоха Планка Эпоха великого объединения Электрослабая эпоха Кварковая эпоха Адронная эпоха Лептонная эпоха Фотонная эпоха Нуклеосинтез Большого взрыва Инфляция Темные времена Звездная эра Фоны Космический фоновый радиационный фон (CBR) Фон гравитационных волн (ФГВ) Космический микроволновый фон (CMB)  · Космический нейтринный фон (CNB) Космический инфракрасный фон (ИНБ)
Расширение  · Будущее Закон Хаббла  · Красное смещение Расширение Вселенной Ускоряющееся расширение Вселенной Сопутствующие и правильные расстояния Метрика FLRW  · Уравнения Фридмана Неоднородная космология Будущее расширяющейся Вселенной Конечная судьба вселенной Тепловая смерть вселенной Большой разрыв Большой хруст Большой отскок
Компоненты  · Структура Составные части Лямбда-CDM модель Барионная материя Экзотическая материя Энергия Отрицательная энергия Нулевая энергия Энергия вакуума Радиация Фоновое излучение Темная энергия Квинтэссенция Фантомная энергия Темная материя Холодная темная материя Теплая темная материя Смешанная темная материя Горячая темная материя Светлая темная материя Самовзаимодействующая темная материя Скалярное поле темная материя Темное излучение Темная жидкость Зеркальное дело Состав Форма вселенной Реионизация  · Формирование структуры Формирование галактики Крупномасштабная конструкция Большая группа квазаров Нить галактики Сверхскопление Скопление галактик Группа галактик Местная группа Галактика Ореол темной материи Звездное скопление Солнечная система Планетная система Пустота
Эксперименты Бумеранг Исследователь космического фона (COBE) Обзор темной энергии Евклид Проект Illustris Обсерватория Веры К. Рубин Космическая обсерватория Планка Слоан цифровой обзор неба (SDSS) Обзор красного смещения галактики 2dF ("2dF") ВселеннаяМашина Микроволновый датчик анизотропии Wilkinson (WMAP)
Ученые Ааронсон Альфвен Альфер Бхарадвадж Коперник де Ситтер Дике Эддингтон Элерс Эйнштейн Эллис Фридман Галилео Гамов Guth Хаббл Лемэтр Linde Mather Ньютон Penzias Вбивать в голову Шмидт Шварцшильд Гладкий Старобинский Steinhardt Suntzeff Сюняев Толман Уилсон Зельдович
История темы Открытие космического микроволнового фонового излучения История теории большого взрыва Религиозные интерпретации теории большого взрыва Хронология космологических теорий
Категория  Астрономический портал
v т е

В космологии , разъединение относится к периоду в развитии Вселенной , когда различные типы частиц выпадают из теплового равновесия друг с другом. Это происходит в результате расширения Вселенной , поскольку скорость их взаимодействия уменьшается (и увеличивается длина свободного пробега ) до этой критической точки. Два подтвержденных случая разделения после Большого взрыва, которые наиболее часто обсуждаются, - это разделение фотонов и нейтринное разделение, поскольку они привели к космическому микроволновому фону и космическому фону нейтрино , соответственно.

Фотон разъединение тесно связана с рекомбинацией , которое произошло около 378,000 лет после Большого взрыва (при красном смещении из г  = 1100 г. ), когда Вселенная была горячей непрозрачной («туманной») плазмой . Во время рекомбинации свободные электроны стали связаны с протонами (ядрами водорода) с образованием нейтральных атомов водорода . Поскольку прямые рекомбинации в основное состояние (с самой низкой энергией) водорода очень неэффективны, эти атомы водорода обычно образуются с электронами в состоянии с высокой энергией, и электроны быстро переходят в свое состояние с низкой энергией, испуская фотоны . Поскольку образовавшийся нейтральный водород был прозрачен для света, те фотоны, которые не были захвачены другими атомами водорода, смогли впервые в истории Вселенной путешествовать на большие расстояния. Их все еще можно обнаружить сегодня, хотя теперь они выглядят как радиоволны и образуют космический микроволновый фон («реликтовое излучение»). Они раскрывают важные подсказки о том, как сформировалась Вселенная.

Фотонная развязка

Разделение фотонов произошло в эпоху, известную как рекомбинация. В это время электроны объединяются с протонами, образуя атомы водорода , что приводит к внезапному падению плотности свободных электронов. Разделение происходило внезапно, когда скорость комптоновского рассеяния фотонов была примерно равна скорости расширения Вселенной , или, альтернативно, когда длина свободного пробега фотонов была примерно равна размеру горизонта Вселенной . После этого фотоны могли свободно течь , создавая космический микроволновый фон, каким мы его знаем, и Вселенная стала прозрачной. ${\ displaystyle \ Gamma}$ ${\ displaystyle H}$${\ displaystyle \ lambda}$${\ displaystyle H ^ {- 1}}$

Скорость взаимодействия фотонов определяется выражением

${\ displaystyle \ Gamma = {\ frac {c} {\ lambda}} = n_ {e} \ sigma _ {e} c}$

где - концентрация электронов , - площадь поперечного сечения электронов , - скорость света . ${\ displaystyle n_ {e}}$${\ displaystyle \ sigma _ {e}}$${\ displaystyle c}$

В эпоху доминирования материи (когда происходит рекомбинация)

${\ displaystyle H \ varpropto a ^ {- {3/2}}}$

где - космический масштабный фактор . также уменьшается как более сложная функция , с большей скоростью, чем . Путем определения точной зависимости и от масштабного фактора и приравнивания можно показать, что разделение фотонов произошло примерно через 380000 лет после Большого взрыва , при красном смещении по сравнению с тем, когда Вселенная имела температуру около 3000 К. ${\ displaystyle a}$${\ displaystyle \ Gamma}$${\ displaystyle a}$${\ displaystyle H}$${\ displaystyle H}$${\ displaystyle \ Gamma}$${\ displaystyle \ Gamma = H}$${\ displaystyle z = 1100}$

Развязка нейтрино

Другой пример - нейтринная развязка, произошедшая в течение одной секунды после Большого взрыва. Аналогично разделению фотонов нейтрино отделяются, когда скорость слабых взаимодействий между нейтрино и другими формами материи падает ниже скорости расширения Вселенной, что создает космический нейтринный фон из свободно текущих нейтрино. Важным следствием нейтринной развязки является то, что температура этого нейтринного фона ниже, чем температура космического микроволнового фона.

WIMP: нерелятивистская развязка

Разделение могло также произойти для кандидата в темную материю , вимпов . Они известны как «холодные реликвии», что означает, что они отделились после того, как стали нерелятивистскими (для сравнения, фотоны и нейтрино развязаны, оставаясь релятивистскими и известны как «горячие реликвии»). Вычислив гипотетическое время и температуру развязки для нерелятивистских вимпов определенной массы, можно найти их плотность . Сравнивая это с измеренным параметром плотности в холодной темной материи сегодня 0,222 0,0026 можно исключить вимпы определенных масс в разумных кандидатах темной материи. ${\ displaystyle \ pm}$

Смотрите также

• Рекомбинация
• Хронология Вселенной

Ссылки