Эффект Сакса-Вольфа , названный в честь Райнера К. Сакса и Артура М. Вольфа , [1] является свойством космического микроволнового фонового излучения (CMB), при котором фотоны из CMB гравитационно смещаются в красную область спектра, в результате чего спектр CMB выглядит неравномерным. Этот эффект является основным источником флуктуаций в CMB для угловых масштабов, превышающих примерно десять градусов.
Неинтегрированный эффект Сакса-Вольфа вызван гравитационным красным смещением, происходящим на поверхности последнего рассеяния . Эффект не является постоянным по небу из-за различий в плотности материи/энергии во время последнего рассеяния.
Интегрированный эффект Сакса-Вульфа (ISW) также вызван гравитационным красным смещением, но он происходит между поверхностью последнего рассеяния и Землей , поэтому он не является частью изначального CMB . Он происходит, когда во Вселенной по плотности энергии доминирует что-то иное, чем материя. Если во Вселенной доминирует материя, то крупномасштабные гравитационные потенциальные энергетические колодцы и холмы не развиваются значительно. Однако если во Вселенной доминирует излучение или темная энергия , эти потенциалы действительно развиваются, тонко изменяя энергию проходящих через них фотонов .
Эффект ISW имеет два вклада. ISW «раннего времени» происходит сразу после (неинтегрированного) эффекта Сакса-Вольфа, создающего первичный CMB, когда фотоны проходят через флуктуации плотности, пока вокруг еще достаточно излучения , чтобы повлиять на расширение Вселенной. Хотя физически он такой же, как ISW позднего времени, для целей наблюдения его обычно объединяют с первичным CMB, поскольку флуктуации материи, которые его вызывают, на практике не поддаются обнаружению.
Эффект ISW "позднего времени" возник совсем недавно в космической истории, когда темная энергия , или космологическая постоянная , начала управлять расширением Вселенной. К сожалению, номенклатура немного запутана. Часто "эффект ISW позднего времени" неявно относится к эффекту ISW позднего времени с линейными/первого порядка возмущений плотности. Эта линейная часть эффекта полностью исчезает в плоской вселенной только с материей, но доминирует над частью эффекта более высокого порядка во вселенной с темной энергией. Полный нелинейный (линейный + более высокого порядка) эффект ISW позднего времени, особенно в случае отдельных пустот и кластеров, иногда называют эффектом Риса-Сиамы , поскольку Мартин Рис и Деннис Сиама разъяснили следующую физическую картину. [2]
Ускоренное расширение из-за темной энергии заставляет даже сильные крупномасштабные потенциальные ямы ( сверхскопления ) и холмы ( пустоты ) распадаться за то время, которое требуется фотону , чтобы пройти через них. Фотон получает толчок энергии, попадая в потенциальную яму (сверхскопление), и сохраняет часть этой энергии после выхода, после того как яма растянулась и обмелела. Аналогично, фотон должен потратить энергию, входя в сверхпустоту, но не получит ее всю обратно при выходе из слегка уменьшенного потенциального холма.
Характерной чертой позднего ISW является ненулевая функция кросс-корреляции между плотностью галактик (количеством галактик на квадратный градус) и температурой CMB, [3], поскольку сверхскопления мягко нагревают фотоны, в то время как сверхпустоты мягко охлаждают их. Эта корреляция была обнаружена на уровне от умеренного до высокого. [4] [5] [6] [7] [8]
В мае 2008 года Гранетт, Нейринк и Шапуди показали, что поздние ISW могут быть привязаны к дискретным суперпустотам и сверхскоплениям, идентифицированным в каталоге ярких красных галактик SDSS . [9] Их обнаружение ISW отслеживает локализованный эффект ISW, производимый суперпустотами и сверхскоплениями, на CMB. Однако амплитуда этого локализованного обнаружения является спорной, поскольку она значительно больше ожиданий и зависит от нескольких предположений анализа.
