Les fluctuacions primordials són variacions de densitat a l'univers primerenc que es consideren les llavors de tota l'estructura de l'univers. Actualment, l'explicació més àmpliament acceptada del seu origen és en el context de la inflació còsmica. Segons el paradigma inflacionista, el creixement exponencial del factor d'escala durant la inflació va provocar que les fluctuacions quàntiques del camp d'inflató s'estiressin a escales macroscòpiques i, en sortir de l'horitzó, es congelessin. En les etapes posteriors de dominació de la radiació i la matèria, aquestes fluctuacions van tornar a entrar a l'horitzó i, per tant, van establir les condicions inicials per a la formació d'estructures.
Les propietats estadístiques de les fluctuacions primordials es poden inferir a partir d'observacions d'anisotropies en el fons còsmic de microones i de mesures de la distribució de la matèria, per exemple, estudis de desplaçament cap al vermell de galàxies. Com que es creu que les fluctuacions sorgeixen de la inflació, aquestes mesures també poden establir restriccions sobre els paràmetres dins de la teoria inflacionista.
Formalisme Les fluctuacions primordials es quantifiquen típicament mitjançant un espectre de potència que dona la potència de les variacions en funció de l'escala espacial. Dins d'aquest formalisme, normalment es considera la densitat d'energia fraccionària de les fluctuacions, donada per:
on és la densitat d'energia, la seva mitjana i el nombre d'ona de les fluctuacions. L'espectre de potència es pot definir mitjançant la mitjana conjunta dels components de Fourier:
on és la funció de delta del Dirac i grups d'angle denoten una mitjana de conjunt.
Hi ha modes de fluctuacions tant escalars com tensorials.
Modes escalars Els modes escalars tenen l'espectre de potència definit com la fluctuació de densitat quadràtica mitjana per a un nombre d'ona específic , és a dir, l'amplitud mitjana de fluctuació a una escala determinada:
Molts models inflacionistes prediuen que el component escalar de les fluctuacions obeeix una llei de potència en què
Per a fluctuacions escalars, es coneix com a índex espectral escalar, amb corresponents a fluctuacions invariants a l'escala (no invariants a l'escala en però en la pertorbació de curvatura comòbil per al qual el poder és efectivament invariant amb quan ).
L'índex espectral escalar descriu com les fluctuacions de densitat varien amb l'escala. Com la grandària d'aquestes fluctuacions depèn del moviment d'inflatón quan aquestes fluctuacions quàntiques s'estan tornant super-horitzó, diferents potencials inflacionistes prediuen diferents índexs espectrals. Aquests depenen dels paràmetres del rotllo lent, en particular el gradient i la curvatura del potencial. En models on la curvatura és gran i positiva. D'altra banda, models com els potencials monomiales prediuen un índex vermell espectral. Planck proporciona un valor de.
Modes tensorials Molts models inflacionaris prediuen la presència de fluctuacions tensorials primordials. Igual que amb les fluctuacions escalars, s'espera que les fluctuacions tensorials segueixin una llei de potència i es parametritzen mitjançant l'índex tensorial (la versió tensorial de l'índex escalar). La relació entre els espectres de potència tensorials i escalars ve donada per
on el 2 sorgeix a causa de les dues polaritzacions dels modes tensorials. Les dades del CMB del 2015 del satèl·lit Planck donen una restricció de
Fluctuacions adiabàtiques/isocurvatura Les fluctuacions adiabàtiques són variacions de densitat en totes les formes de matèria i energia que tenen densitats fraccionàries iguals en la densitat numèrica. Així, per exemple, una sobredensitat adiabàtica de fotons d'un factor de dos en la densitat numèrica també correspondria a una sobredensitat d'electrons de dos. Per a les fluctuacions d'isocurvatura, les variacions de densitat numèrica per a un component no corresponen necessàriament a les variacions de densitat numèrica en altres components. Tot i que normalment se suposa que les fluctuacions inicials són adiabàtiques, es pot considerar la possibilitat de fluctuacions d'isocurvatura donades les dades cosmològiques actuals. Les dades actuals del fons còsmic de microones afavoreixen les fluctuacions adiabàtiques i restringeixen els modes de matèria fosca freda d' isocurvatura no correlacionats a ser petits.
Referències
Categoria:Cosmologia