Cosmic microwave background radiation en cosmic neutrino background

[Professor Puntje]

Behalve van de cosmic microwave background radiation (CMB) gaat men ook uit van het bestaan van een cosmic neutrino background (CNB). En wellicht bestaan er nog wel meer kosmische achtergrondstralingen. Mijn vraag is nu of er door al die achtergrondstralingen lokaal unieke frames worden gedefinieerd van waaruit bezien die straling globaal isotroop is, en zo ja of je in dat geval via al die frames hetzelfde unieke frame vindt?
 
Dit is een puur sterrenkundige vraag, en - wat mij betreft - geen aanzet tot discussie. Ik wil dat graag weten. Mocht ik later met het antwoord nog iets doen dan zal ik daar elders wel een ander topic voor openen.
 
 

[Michel Uphoff]

Er zijn er in theorie drie:
 
Cmb; de cosmic microwave background (van ruwweg 380.000 jaar na de big bang)
Cνb; de cosmic neutrino background (van ruwweg 1 seconde na de big bang)
Gwb; de gravitational wave background (ruwweg 10^-35 seconde na de big bang)
 
De laatste twee zijn niet direct waargenomen:
- De Cvb niet omdat de energie van de neutrino's (na een temperatuurdaling van 10¹⁰K tot 1,95K) zo laag is dat die (in het milli eV bereik) ver onder het huidige detectieniveau (mega eV) valt. Indirect kunnen er wel waarnemingen gedaan worden, o.a. met het voorgestelde Ptolemy experiment. Kortgeleden is de Cνb wel indirect aangetoond in de Cmb (klik).
- De Gwb niet, omdat de zwaartekrachtsgolven extreem zwak zijn. Ook hier is er wel een indirecte meting gedaan bij een zeer nauwe dubbelster. Advanced Ligo en de toekomstige Lisa (kortgeleden is de Lisa pathfinder, een proof of concept satelliet de ruimte in gestuurd) zouden in staat kunnen zijn die golven te meten.
 
Kortom, hoe die achtergronden er uit zien weten we niet, maar omdat ze afkomstig zijn van hetzelfde fenomeen zou je in principe dezelfde isotropie (en door de beweging ten opzichte van de lokale achtergrond ook dezelfde dipool anisotropie) verwachten.
 
De term uniek frame kan verwarring wekken. Het is niets meer dan  een lokaal voor kosmologische doeleinden weliswaar handig gekozen frame, maar geen voorkeursframe. Die bestaan niet zolang Einstein gelijk blijft houden.
 
Als we hier op onze locatie in het heelal een relatieve snelheid en richting vinden die ons 'stil' laat staat t.o.v. de lokale achtergrond, en wat verderop doet een andere beschaving hetzelfde, dan hebben wij en zij nog steeds een onderlinge relatieve snelheid. Anders gezegd; het waarneembare heelal van ons is niet gelijk aan het waarneembare heelal van die verre beschaving, en beide waarneembare heelallen bewegen t.o.v. elkaar.

[Professor Puntje]

Dank voor het antwoord. Ik begrijp dat het frame dat lokaal door de Cmb (en vermoedelijk ook door de Cνb en de Gwb) wordt bepaald geen aaneengesloten vast coördinatenstelsel levert dat voor alle lokaliteiten gelijk is. Gezien het uitzetten van het heelal zou dat ook niet erg voor de hand liggen.

 

Nog een vraag: zijn er lokaal ook frames bekend die zodanig zijn gekozen dat de uitzetting van het heelal in alle richtingen even groot is? En zo ja, is dat lokale frame dan ook weer steeds gelijk aan het frame dat door de Cmb wordt bepaald?

[Michel Uphoff]

Er is het comoving frame. Een met het heelal mee-expanderend frame. Eenvoudig voor te stellen als de lengte en breedtegraden die op een expanderende ballon getekend zijn. Een object zonder eigenbeweging t.o.v. de Cmb (de gemeten temperatuur is in alle richtingen hetzelfde) staat in dit frame stil (beweegt niet over het expanderende ballonoppervlak).
 
Dit coördinatenstelsel wordt wel het 'rustframe' van het universum genoemd, en onze relatieve snelheid t.o.v. dit stelsel kan bepaald worden door de dipool anisotropie te meten. De expansie van het heelal is in dit frame a.h.w. uitgeschakeld, wat een aantal voordelen/vereenvoudigingen biedt als we de grote schaal structuur van het heelal willen beschrijven, en in die zin is het speciaal.

[Professor Puntje]

Aha! Hartelijk dank. Ik weet voorlopig genoeg.