Koble fra (kosmologi) - Decoupling (cosmology)

En del av en serie på
Fysisk kosmologi
Big Bang  · Univers Alder i universet Kronologi av universet
Tidlig univers Planck-epoke Storsamlingsepoke Elektrosvak epoke Quark-epoke Hadron-epoken Lepton-epoke Fotonepoke Big Bang nukleosyntese Inflasjon Mørke tider Stelliferous Era Bakgrunner Kosmisk bakgrunnsstråling (CBR) Gravitasjonsbølgebakgrunn (GWB) Kosmisk mikrobølgeovn bakgrunn (CMB)  · Kosmisk nøytrino bakgrunn (CNB) Kosmisk infrarød bakgrunn (INB)
Utvidelse  · Fremtid Hubbles lov  · Rødforskyvning Utvidelse av universet Akselererende utvidelse av universet Comoving og riktig avstand FLRW-metrisk  · Friedmann-ligninger Inhomogen kosmologi Fremtiden for et voksende univers Universets ultimate skjebne Varm universets død Big Rip Stor knase Stor sprett
Komponenter  · Struktur Komponenter Lambda-CDM-modell Baryonic materie Eksotisk materie Energi Negativ energi Nullpunkt energi Vakuumenergi Stråling Bakgrunnsstråling Mørk energi Kvintessens Fantom energi Mørk materie Kald mørk materie Varm mørk materie Blandet mørk materie Varm mørk materie Lys mørk materie Selvvirkende mørk materie Scalar felt mørk materie Mørk stråling Mørk væske Speil saken Struktur Form av universet Reionisering  · Strukturdannelse Galaksedannelse Storskala struktur Stor kvasargruppe Galaxy filament Supercluster Galaxy-klynge Galaxy-gruppe Lokal gruppe Galaxy Mørk materie-glorie Stjerneklynge Solsystemet Planetarisk system Tomrom
Eksperimenter BOOMERANG Kosmisk bakgrunnsutforsker (COBE) Dark Energy Survey Euklid Illustris-prosjekt Vera C. Rubin observatorium Planck plassobservatorium Sloan Digital Sky Survey (SDSS) 2dF Galaxy Redshift Survey ("2dF") UniverseMachine Wilkinson Mikrobølgeovn Anisotropy Probe (WMAP)
Forskere Aaronson Alfvén Alpher Bharadwaj Copernicus de Sitter Dicke Eddington Ehlers Einstein Ellis Friedmann Galileo Gamow Sannhet Hubble Lemaître Linde Mather Newton Penzias Gni inn Schmidt Schwarzschild Smoot Starobinsky Steinhardt Suntzeff Sunyaev Tolman Wilson Zeldovich
Faghistorie Funn av kosmiske mikrobølge bakgrunnsstrålingen Big Bang-teoriens historie Religiøse tolkninger av Big Bang-teorien Tidslinje for kosmologiske teorier
Kategori  Astronomiportal
v t e

I kosmologi , dekopling refererer til en periode i utviklingen av universet når forskjellige typer av partikler faller ut av termisk likevekt med hverandre. Dette skjer som et resultat av utvidelsen av universet , ettersom deres interaksjonshastigheter reduseres (og gjennomsnittlige frie stier øker) opp til dette kritiske punktet. De to verifiserte tilfellene av frikobling siden Big Bang som oftest blir diskutert er fotonfrakobling og nøytrinofrakobling, da disse førte til henholdsvis den kosmiske mikrobølgebakgrunnen og den kosmiske nøytrinebakgrunnen .

Fotonkobling er nært beslektet med rekombinasjon , som skjedde omtrent 378.000 år etter Big Bang (ved en rød forskyvning på z  = 1100 ), da universet var et hett ugjennomsiktig ("tåkete") plasma . Under rekombinasjon, frie elektroner ble bundet til protoner (hydrogenkjerner) for å danne nøytrale hydrogenatomer . Fordi direkte rekombinasjoner til grunntilstand (laveste energi) av hydrogen er veldig ineffektive, dannes disse hydrogenatomene vanligvis med elektronene i høy energitilstand, og elektronene går raskt over til sin lave energitilstand ved å sende ut fotoner . Fordi det nøytrale hydrogenet som ble dannet, var gjennomsiktig for lys, kunne de fotonene som ikke ble fanget av andre hydrogenatomer, for første gang i universets historie , reise lange avstander. De kan fremdeles oppdages i dag, selv om de nå fremstår som radiobølger, og danner den kosmiske mikrobølgebakgrunnen ("CMB"). De avslører viktige ledetråder om hvordan universet ble dannet.

Frakobling av foton

Fotonkobling skjedde i løpet av epoken kjent som rekombinasjonen. I løpet av denne tiden ble elektroner kombinert med protoner for å danne hydrogenatomer , noe som resulterte i et plutselig fall i fri elektrontetthet. Frakobling skjedde brått når hastigheten for Compton-spredning av fotoner var omtrent lik ekspansjonshastigheten til universet , eller alternativt når den gjennomsnittlige frie banen til fotonene var omtrent lik horisontens størrelse på universet . Etter at fotonene var i stand til å strømme fritt , produserte den kosmiske mikrobølgebakgrunnen slik vi kjenner den, og universet ble gjennomsiktig. ${\ displaystyle \ Gamma}$ ${\ displaystyle H}$${\ displaystyle \ lambda}$${\ displaystyle H ^ {- 1}}$

Interaksjonen av fotonene er gitt av

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

der er elektronantallstettheten , er elektrontverrsnittsområde, og er lysets hastighet . ${\ displaystyle n_ {e}}$${\ displaystyle \ sigma _ {e}}$${\ displaystyle c}$

I den materie-dominerte tiden (når rekombinasjon finner sted),

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

hvor er den kosmiske skaleringsfaktoren . avtar også som en mer komplisert funksjon av , i en raskere hastighet enn . Ved å utarbeide den nøyaktige avhengigheten av og på skalafaktoren og likestille , er det mulig å vise at fotonavkobling skjedde omtrent 380 000 år etter Big Bang , ved en rød forskyvning av da universet hadde en temperatur rundt 3000 K. ${\ displaystyle a}$${\ displaystyle \ Gamma}$${\ displaystyle a}$${\ displaystyle H}$${\ displaystyle H}$${\ displaystyle \ Gamma}$${\ displaystyle \ Gamma = H}$${\ displaystyle z = 1100}$

Frikobling av nøytrino

Et annet eksempel er frakoblingen av nøytrino som skjedde i løpet av ett sekund etter Big Bang. Analogt med frakoblingen av fotoner, frikoblet nøytrinoer når frekvensen av svake interaksjoner mellom nøytrinoer og andre former for materie falt under universets ekspansjonshastighet, noe som ga en kosmisk nøytrino-bakgrunn av fritt strømmende nøytrinoer. En viktig konsekvens av frakobling av nøytrino er at temperaturen på denne nøytrino-bakgrunnen er lavere enn temperaturen på den kosmiske mikrobølgebakgrunnen.

WIMP: ikke-relativistisk frakobling

Frakobling kan også ha skjedd for kandidaten til mørk materie , WIMP . Disse er kjent som "kalde relikvier", noe som betyr at de kobles fra etter at de ble ikke-relativistiske (til sammenligning ble fotoner og nøytriner frakoblet mens de fortsatt var relativistiske og er kjent som "varme relikvier"). Ved å beregne den hypotetiske tiden og temperaturen for frakobling for ikke-relativistiske WIMPer av en bestemt masse, er det mulig å finne densiteten . Ved å sammenligne dette med den målte tetthetsparameteren for kaldt mørk materie i dag på 0,222 0,0026 er det mulig å utelukke WIMPer av visse masser som rimelige mørkestoffkandidater. ${\ displaystyle \ pm}$

Se også

• Rekombinasjon
• Kronologi av universet

Referanser