Адиабатические флуктуации в космологии - один из возможных типов малых нарушений однородности
Вселенной, привлекаемых для объяснения
происхождения ее наблюдаемой структуры: галактик, а также групп, скоплений и сверхскоплений
галактик. Адиабатические флуктуации присутствуют, вероятно, уже на самых ранних стадиях эволюции Вселенной - вблизи космологической
сингулярности (см. Сингулярность космологическая). Они представляют собой неоднородности плотности и потенциальные возмущения скорости вещества,
которые нарушают однородное и изотропное расширение Вселенной и, нарастая под действием сил тяготения, приводят к образованию гравитационно обособленных
космических тел. Адиабатические флуктуации сохраняют удельную энтропию строго неизменной по пространству - отсюда их название
(см.
Адиабатический процесс). Постоянство удельной энтропии является, согласно современным теориям (см. Барионная асимметрия Вселенной),
одним из важнейших свойств ранней Вселенной.
В ходе эволюции Вселенной мелкомасштабные адиабатические флуктуации испытывают сильное затухание. В космологических моделях, в которых предполагается,
что в настоящее время основной вклад в плотность вещества дают барионы, это затухание происходит на стадии ионизованного водорода
и вызвано диссипативным взаимодействием водородно-гелиевой плазмы с фотонами, заполняющими Вселенную. Граничный
масштаб адиабатических флуктуаций, испытывающий затухание, если определять его массой вовлеченных во флуктуацию барионов Md зависит от атомных
констант и параметров рассматриваемой космологической модели (Хаббла постоянной H0 и безразмерной средней плотности
Вселенной ,
см. Космология). Значение Md оценивается по аппроксимационной формуле
где - волновое число, соответствующее масштабу затухания в спектре адиабатических
флуктуаций,
- средняя плотность барионов, - безразмерный параметр. Формула приближенно справедлива при 0,01< <1.
В моделях Вселенной, где по своему вкладу в массу доминируют слабовзаимодействующие частицы, обладающие массой
покоя (например,
электронное нейтрино с предполагаемой массой 10-100 эВ и, возможно, нестабильное), затухание мелкомасштабных адиабатических флуктуаций
вызвано эффектом перемешивания - аналог Ландау затухания - на стадии, когда слабовзаимодействующие частицы были релятивистскими.
Граничный масштаб затухания где - т. н. планковская
масса. В случае электронных нейтрино .
Информация об адиабатических флуктуациях, существовавших в эпоху рекомбинации водорода (при , где z - красное
смещение),
сохраняется в угловых флуктуациях температуры микроволнового фонового излучения . Поэтому данные наблюдений
величины позволяют оценить верхние пределы амплитуды адиабатических флуктуаций разных масштабов в эпоху рекомбинации. По-видимому, амплитуда адиабатических
флуктуаций в масштабах то время составляла 0,1%.
К моменту
рекомбинации затухают мелкомасштабные адиабатические флуктуации и остаются флуктуации с массой >
Мd (или
).
После рекомбинации
сохранившиеся
крупномасштабные неоднородности
плотности растут под действием
гравитации, не испытывая противодействия со стороны
сил упругости (
давления), т к.
Мd и
существенно превышают критическую
джинсовскую
массу в эту эпоху (см.
Гравитационная неустойчивость). Поэтому образование
структуры на нелинейной стадии роста адиабатических флуктуаций начинается
с концентрации слабовзаимодействующих частиц и барионов в сильно сплюснутые облака - т. н. блины (вероятно, при
). "Блины", обладающие массами
(или
), являются предшественниками современных сверхскоплений галактик. В этой модели галактики образуются внутри "блинов" путем фрагментации
их на части, которая вызвана сложными
газодинамическими,
тепловыми и
гравитационными процессами.
Наряду с образованием "блинов" теория предсказывает рождение на более поздней стадии эволюции волокнистых и компактных сгущений массы примерно того же масштаба, которые вместе
с "блинами" образуют единую ячеисто-сетчатую
крупномасштабную структуру Вселенной. Если основная масса
Вселенной заключена в гипотетических слабовзаимодействующих
частицах
типа
аксонов,
фотино,
гравитино, то теория предсказывает более сложную картину происхождения
структуры Вселенной
из адиабатических флуктуаций, в которой скопления и сверхскопления галактик образуются несколько позже самих галактик.