Wie schnell ändert sich die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung (CMBR)?

Ich weiß, dass die Cosmic Microwave Background Radiation (CMBR) die übrig gebliebene Strahlung von der „ Oberfläche der letzten Streuung “ ist.

Jedoch verändert sich die Oberfläche in jedem Moment (mit der Geschwindigkeit der Zeit). Wie konstant ist also der CMBR?

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Dies ist eine großartige Frage, die auch kürzlich auf einer Planck-Konferenz aufkam: Laut diesem Blogbeitrag (siehe die Absätze über dem CMB-gif) deuten Simulationen darauf hin, dass winzige Änderungen des CMB in nur 100 Jahren nachweisbar sein könnten in.

Nur aus dimensionalen Gründen würde ich das erwarten

Winkelgröße der Schwankung im Bogenmaß × Zeit seit Rekombination
ist die Zeitskala für signifikante Änderungen im CMB (wobei Sie auswählen, was eine Fluktuation "signifikant" macht, und die Winkelgröße auf dieser Grundlage auswählen).

Wieso den? Denn die Größe der durch die Schwankungen definierten Regionen ist die Entfernung zur beobachteten Hülle, und diese Entfernung ergibt sich aus der Zeit seit der Rekombination und der Lichtgeschwindigkeit; und Informationen können sich nicht schneller als Licht durch diese Regionen bewegen.

Das gesamte Spektrum kühlt etwas schneller ab, aber es kann erwartet werden, dass die Kühlung gleichmäßig ist. Die Abkühlungsgeschwindigkeit wird durch die Hubble (non-)Constant angegeben.

Beachten Sie, dass die Zeit seit der Rekombination ungefähr 13,5 Milliarden Jahre beträgt, also wird es, obwohl die Domänen ziemlich klein sind, immer noch eine lange Wartezeit sein.

Wir können eine Größenordnungsabschätzung der Abnahmerate der CMB-Temperatur auf folgende Weise ableiten. Die Zustandsgleichung für ein Photonengas lautet

N = 16 π k 3 ζ ( 3 ) ( h c ) 3 ⋅ v T 3
Wenn das Photonengas in einem Hohlraum eingeschlossen ist, interagiert es mit den Elektronen in den Wänden des Hohlraums, so dass N schwankt. Aber hier ist unser Hohlraum das beobachtbare Universum. Um schnell eine Schätzung zu erhalten, nehmen wir an, dass N fest ist. Wie gut oder schlecht diese Annahme ist, ist uns nicht klar, aber vielleicht reicht sie für eine erste Einschätzung aus. Die Zustandsgleichung für den CMB kann dann geschrieben werden als
v T 3 = c Ö n s t a n t
Nimmt man die zeitliche Ableitung und stellt man fest, dass die gegenwärtige Temperatur etwa 3 K beträgt, ergibt sich
T ˙ = − v ˙ v
Schließlich wird für das Volumen des beobachtbaren Universums verwendet
v = 4 3 π ( c t ) 3
wo t = 13.4 ⋅ 10 9 y, wir bekommen
T ˙ ≈ − 0,2 ⋅ 10 − 9 K / j

oder etwa 1 Nanokelvin pro Jahrzehnt. Diese Zahl ist viel zu klein, um durch aktuelle Messungen aufgelöst zu werden, die Unsicherheiten von etwa 0,00057 K aufweisen. Die offene Frage ist, wie gut oder schlecht die Annahme ist N = c Ö n s t a n t ?

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