Zukünftige Rotverschiebung und Auswirkung auf die „Tonhöhe“ der CMB-Strahlung

Nachdem ich diese Frage beim Erforschen des Klangs eines Schwarzkörpers entdeckt hatte, begann ich mich über den Klang der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung des Urknalls zu wundern, insbesondere was die aktuelle Tonhöhe bei ihrer Spitzenfrequenz sein könnte und wie sich diese im Laufe der Zeit aufgrund von Rotverschiebung entwickeln könnte. Folgendes konnte ich bisher ableiten:

p ich t c h C M B = 160.4 G H z ≈ D 33 = 157.7 G H z p ich t c h C M B l Ö w e r e d b j 30 Ö c t a v e s = 160.4 G H z 2 30 = 149.38 H z ≈ D 3 = 146,83 H z

Aufbauend auf diesem Ergebnis:

  • Wie viel Zeit muss vergehen, bis die CMB-Rotverschiebung bewirkt, dass diese Tonhöhe um eine Oktave (oder sogar um einen Halbton) abfällt?
  • Wie viel Variabilität hätte diese Tonhöhe in Abhängigkeit von der Dipolanisotropie des CMB aus unserer Sicht sowie aufgrund allgemeinerer Anisotropien im CMB?
  • Welche Tonhöhe hätte der Spitzenwert dieses schwarzen Körpers zu früheren Zeitpunkten in der Geschichte des Universums gehabt?

Ich habe versucht, einige der Informationen in dieser Frage und anderswo anzuwenden , würde mich jedoch sehr freuen, von jemandem mit mehr Fachwissen auf dem Fachgebiet zu hören, wenn dieser unorthodoxe Vergleich Ihr Interesse geweckt hat, so wie es meins hat.

Wenn Sie „Tonhöhe“ sagen, meinen Sie damit einfach die Frequenz? Bedeutet dieses Wort nicht, wie Menschen den Klang eines bestimmten Spektrums wahrnehmen?
@pela Ja, ich interessiere mich für die Frequenz, möchte sie aber auch auf die Musikskala abbilden. Die Antwort auf meine Frage könnte so einfach sein wie die Benennung einiger Frequenzen, aber ich suche auch nach der Änderungsrate des „Schlüssels“ des Universums und nach dem „Schlüssel“ des frühen Universums und war mir nicht sicher der beste Weg, um diese Preise zu übersetzen oder einen genauen Ausgangspunkt zu bestimmen.

Antworten (1)

Die Wellenlänge des CMB steigt linear mit dem Skalierungsfaktor a , was heute als 1 definiert ist, also ist der "Klang" des CMB um eine Oktave gesunken, wenn sich das Universum in seiner Größe verdoppelt hat (in alle drei Richtungen), dh wann a = 2 , was passieren wird, wenn es ungefähr 25 Milliarden Jahre alt ist (siehe zB Abb. 1 von Davis & Lineweaver 2004 ).

Die Größe des Dipols des CMB ist 3.4 m K ( Kogut et al. 1993 ), dh ∼ 10 − 3 des Spitzenwertes. Die primordialen Schwankungen sind noch geringer, ungefähr ein Faktor 10 − 5 des Spitzenwertes. Der Dipol ist teilweise auf unsere Bewegung um die Milchstraße zurückzuführen und wird daher mit der Periode eines galaktischen Jahres, das 225 Millionen Jahre beträgt, etwas schwanken.

Die Abbildung zeigt, wie sich die Spitzenfrequenz in der Vergangenheit entwickelt hat. Sein aktueller Wert beträgt 160,4 GHz. Um zu berechnen, wie ein Mensch den Schall zu einem bestimmten Zeitpunkt wahrnehmen würde, muss man wohl das Spektrum mit der frequenzabhängigen Übertragungsfunktion des menschlichen Ohrs multiplizieren, aber das ist Physiologie, von der ich nichts verstehe.

CMBfreq

Die Zahl wurde durch Berechnung der Häufigkeit zu einem bestimmten Zeitpunkt als erzeugt

v ( t ) = 160.4 G H z a ,
wo a läuft von 1 / 1100 zu 4 , und Berechnung des Alters durch Integration der Friedmann-Gleichung unter Annahme einer Planck-2015 - Kosmologie.

Wow, sehr hilfreich und spannend. Ich habe die Formel oben korrigiert.
@Alec: Okay, ich habe den Teil über den falschen Wert entfernt und bearbeitet, um zu planen, ein bisschen in die Zukunft zu gehen.
Danke dir! Die Punkte sind sehr hilfreich :) Kennen Sie den Frequenzwert am ersten Punkt, an dem CMB emittiert wird?
@Alec: Gern geschehen :). Das CMB wurde bei einer Rotverschiebung von z = 1100 emittiert, dh wenn der Skalierungsfaktor a = 1/(1+z) = 0,0009 war, betrug die Frequenz gemäß der angegebenen Gleichung also 160,4 GHz / 0,0009 ~ 180.000 GHz. Beachten Sie, dass, wenn das Spektrum als Funktion der Wellenlänge ausgedrückt wird, die Spitzenwellenlänge nicht der Spitzenfrequenz entspricht, da Spektren pro Einheitswellenlänge oder Frequenzbin ausgedrückt werden.
Das ergibt ungefähr E_43, wenn ich mich nicht irre. Vielen Dank!
Wenn Sie genauere Zahlen einsetzen (z = 1089 und peak t Ö d a j = 160,23 GHz), es ist tatsächlich näher an D ♯ 43 . :)
160,23 GHz / (2^30) = 149,225816 Hz Näher an D3 (146,83) als D#3 (155,56) Richtig? Kennt jemand die Nebenfrequenzen? Ist es wie ein Musikakkord oder sticht die Spitzenfrequenz wirklich hervor?
@JohnKlemesrud Ja, die heutige Frequenz liegt nahe bei einem D (D 33 , um genau zu sein), wie das OP in seiner Frage schreibt, aber die Frequenz, als es emittiert wurde, war näher an einem D♯ (D♯ 43 , um genau zu sein}. Das Verhältnis zwischen diesen beiden Noten ist (nahezu) der CMB-Rotverschiebung. Es gibt nicht wirklich "sekundäre" Frequenzen, da das CMB nichts mit einem Akkord zu tun hat. Es ist eher wie weißes Rauschen (nicht genau weiß, da es eine Spitze gibt). Das gesamte Spektrum sehen Sie hier .
Zukünftige Rotverschiebung und Auswirkung auf die „Tonhöhe“ der CMB-Strahlung
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v