Номер 1, страница 252 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 68. Образование астрономических структур. Глава 9. Эволюция Вселенной - номер 1, страница 252.

В О П Р О С Ы

1. Каковы размеры пространственных флуктуаций реликтового излучения?

Каковы размеры пространственных флуктуаций реликтового излучения?

Пространственные флуктуации реликтового излучения, также известные как анизотропия космического микроволнового фона (CMB), представляют собой очень небольшие отклонения температуры этого излучения от среднего значения по небу. Эти флуктуации являются ключевым источником информации о ранней Вселенной, ее составе и эволюции.

Основные характеристики этих флуктуаций:

1. Амплитуда флуктуаций: Реликтовое излучение чрезвычайно однородно. Его средняя температура составляет $T \approx 2.725$ Кельвина. Флуктуации (отклонения от этой средней температуры, $\Delta T$) очень малы и составляют примерно одну стотысячную долю от среднего значения: $\Delta T / T \approx 10^{-5}$. В абсолютных величинах это соответствует разнице температур порядка десятков микрокельвинов (мкК).

2. Угловой размер флуктуаций: "Размер" флуктуаций обычно характеризуют их угловым размером на небесной сфере. Эти флуктуации существуют в широком диапазоне угловых масштабов.

• Характерный размер: Наиболее выраженный и важный для космологии угловой размер флуктуаций составляет примерно 1 градус. На карте реликтового излучения это наиболее заметные "пятна". Этот размер соответствует так называемому первому акустическому пику в спектре мощности анизотропии CMB. Он соответствует физическому размеру звукового горизонта в эпоху рекомбинации (примерно через 380 000 лет после Большого взрыва). Это максимальное расстояние, на которое могли распространиться звуковые волны в первичной плазме до того, как Вселенная стала прозрачной для излучения.

• Спектр размеров: Анализ флуктуаций показывает их наличие на всех угловых масштабах, от самых больших (десятки градусов, что соответствует дипольной анизотропии, вызванной движением нашей Галактики) до очень малых (доли угловой минуты). Связь между амплитудой флуктуаций и их угловым масштабом описывается спектром мощности. Этот спектр имеет сложную структуру с серией пиков и провалов, положение и высота которых позволяют с высокой точностью определять космологические параметры (плотность барионной и темной материи, темной энергии, кривизну пространства и др.). Первый и самый высокий пик находится на мультипольном моменте $l \approx 220$, что как раз и соответствует угловому масштабу $\theta \approx 180^\circ/l \approx 0.8^\circ$.

Таким образом, флуктуации реликтового излучения — это отпечатки первичных неоднородностей плотности в молодой Вселенной. Области с чуть большей плотностью (соответствуют "холодным" пятнам) стали гравитационными центрами, которые со временем выросли в галактики и скопления галактик, которые мы видим сегодня.

Ответ: Пространственные флуктуации реликтового излучения имеют широкий спектр угловых размеров, но наиболее характерный и выраженный размер, соответствующий первому акустическому пику, составляет около 1 градуса на небесной сфере. Относительная амплитуда этих температурных флуктуаций очень мала, порядка $10^{-5}$.