Formation relativiste des structures
La formation relativiste des structures explique comment de minuscules fluctuations de densité dans l'univers primordial ont évolué sous l'effet de la gravité pour former les galaxies, les amas et le réseau cosmique que nous observons, en utilisant la théorie des perturbations construite sur le fond de Friedmann en expansion.
Definition
La formation relativiste des structures est la théorie en relativité générale décrivant comment de petites perturbations d'un univers homogène en expansion évoluent, en traitant les fluctuations couplées de la métrique et de la matière afin de prédire la croissance statistique de la structure cosmique à partir de graines primordiales.
Scope
Ce sujet aborde la théorie linéaire des perturbations cosmologiques sur un fond de Friedmann, la décomposition des perturbations en modes scalaires, vectoriels et tensoriels, les problèmes de jauge propres aux perturbations en relativité générale et l'utilisation de variables invariantes de jauge, la croissance des contrastes de densité de matière, et l'empreinte des perturbations sur le fond diffus cosmologique et la structure à grande échelle.
Core questions
- Comment de petites fluctuations de densité initiales évoluent-elles pour former des galaxies et des amas ?
- Pourquoi les perturbations doivent-elles être traitées avec précaution concernant la jauge en relativité générale ?
- Comment les perturbations prédites sont-elles liées à la structure observable et au fond diffus cosmologique ?
Key concepts
- Contraste de densité
- Modes scalaires, vectoriels et tensoriels
- Perturbations invariantes de jauge
- Facteur de croissance
- Spectre de puissance
- Anisotropies du CMB
Key theories
- Théorie des perturbations cosmologiques
- La linéarisation des équations d'Einstein et des équations des fluides autour du fond de Friedmann fournit des équations d'évolution pour les perturbations de la métrique et de la matière, dont les modes scalaires décrivent l'instabilité gravitationnelle qui fait croître les contrastes de densité en structures.
- Invariance de jauge des perturbations
- Étant donné que les choix de coordonnées peuvent mimer ou masquer des perturbations physiques en relativité générale, la formation des structures est formulée avec des variables invariantes de jauge ou dans des jauges fixées afin de garantir que la croissance prédite corresponde à une inhomogénéité réelle et observable.
Clinical relevance
La théorie des perturbations relie la physique de l'univers primordial aux observations : elle prédit le motif statistique des fluctuations de température du fond diffus cosmologique et le spectre de puissance des galaxies, qui, ensemble, contraignent les densités de matière noire et d'énergie noire et testent les modèles d'inflation qui ont établi les conditions initiales.
History
Lifshitz a analysé pour la première fois la croissance relativiste des perturbations en 1946 ; Bardeen a introduit des variables invariantes de jauge en 1980, résolvant des ambiguïtés de longue date, et le cadre théorique a mûri parallèlement aux mesures de précision du fond diffus cosmologique qui ont confirmé ses prédictions avec des détails remarquables.
Key figures
- Evgeny Lifshitz
- James Bardeen
- Viatcheslav Mukhanov
Related topics
Seminal works
- mukhanov1992
- weinberg2008
Frequently asked questions
- Pourquoi la jauge est-elle importante pour les perturbations cosmologiques ?
- En relativité générale, un changement de coordonnées peut faire apparaître un univers lisse comme perturbé ou vice versa, ainsi, une perturbation naïve peut être un pur artefact de coordonnées ; l'utilisation de combinaisons invariantes de jauge ou la fixation soigneuse de la jauge garantit que la croissance des structures calculée est physique.
- Comment savons-nous que les fluctuations initiales ont existé ?
- Leur empreinte directe est visible sous la forme de minuscules anisotropies de température dans le fond diffus cosmologique, dont le motif statistique mesuré correspond aux prédictions de la théorie des perturbations relativistes faisant évoluer des fluctuations primordiales quasi invariantes d'échelle.