Signaturen relativistischer Neutrinos in der CMB-Anisotropie und Materieklusterung

Wir präsentieren eine detaillierte analytische Studie ultrarelativistischer Neutrinos in der kosmologischen Störungstheorie und der beobachtbaren Signaturen von Inhomogenitäten im kosmischen Neutrino-Hintergrund. Wir stellen fest, dass die Modifikation der Störvariablen, die alle zeitlichen Ableitungen der skalaren Gravitationspotenziale aus den dynamischen Gleichungen entfernt, deren Lösung erheblich vereinfacht. Die verwendeten Störungen der Teilchenanzahl pro Koordinaten-, nicht passenden, Volumen sind im Allgemeinen konstant auf Superhorizontskalen. Im reellen Raum kann der analytische Ansatz über Fluidmodelle hinaus auf Neutrinos ausgeweitet werden. Die schnellere kosmologische Expansion durch den Neutrino-Hintergrund beeinflusst die akustischen und Dämpfungswinkel-Skalen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMB). Wir stellen jedoch fest, dass äquivalente Änderungen auch durch die Variation anderer Standardparameter, einschließlich des primären Heliumgehalts, erzeugt werden können. Der integrierte Sachs-Wolfe-Effekt bei niedrigen l ist ebenfalls nicht empfindlich gegenüber Neutrinos. Allerdings unterdrückt die Gravitation der Neutrino-Störungen die akustischen CMB-Spitzen für die Multipole mit l200, während sie die Amplitude der Materieschwankungen auf diesen Skalen erhöht. Darüber hinaus erzeugen die Störungen relativistischer Neutrinos eine einzigartige Phasenverschiebung der akustischen CMB-Oszillationen, die für adiabatische Modi durch keine andere Standardphysik verursacht werden kann. Der Ursprung der Verschiebung wird auf die freie Strömungsgeschwindigkeit der Neutrinos zurückgeführt, die die Schallgeschwindigkeit des Photon-Baryon-Plasmas übersteigt. Wir stellen fest, dass mit einem hochauflösenden, rauscharmen Instrument wie CMBPOL die effektive Anzahl leichter Neutrinospezies mit einer Genauigkeit von (N_) 0.05–0.09 bestimmt werden kann, abhängig von den Einschränkungen bezüglich des Heliumgehalts.