Die 3K - Kosmischen Hintergrundstrahlung

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2.2. Vor der Rekombination: Wechselwirkungen zwischen Materie und Strahlung:
2.2.1. Thermalisierung und Schwarz-Körper-Strahlung:
Vor z ~10 7 waren zwei Prozesse wichtig, um das Planck – Spektrum aufzubauen:
Die Bremsstrahlung und die Doppelte Compton Streuung:
Bremsstrahlung: symbolisiert durch: e + Z → e‘ + Z‘ + γ
Doppelte Compton Streuung: e + γ → e + 2γ
Diese Prozesse sind in der Lage, Photonen zu erzeugen und zu zerstören, außerdem tendieren sie
dazu, die Energien der Wechselwirkungspartner anzugleichen, was man Thermalisierung nennt.
Damit sind diese Prozesse in der Lage, ein
thermisches Gleichgewicht mit einem Planck -
Spektrum der Photonen aufzubauen.
Aus dem thermischen Gleichgewicht ergibt sich die
Intensitätsverteilung der Photonen:
I(λ, T) = 8 π h c / (λ 5 exp(hc/λkT) – 1)
Für große Wellenlängen: Rayleigh – Jeans
Für kleine Wellenlängen: Wien
Für das Schwarzkörper – Spektrum hängt die
Verteilung also nur von der Temperatur ab.
Aus der großen Genauigkeit, mit der die CMBR
durch ein Planck – Spektrum beschrieben werden
kann, folgt, dass kaum Energiezufuhr stattgefunden
haben kann in der Phase zwischen der Entstehung
des Planck-Spektrums und der Rekombination, denn
das hätte zu folgenden Störungen geführt:
Störungen des chemischen Potentials (Bose – Einstein Störungen):
In der Zeit zwischen z~10 7 und z~ 10 5 wäre diese Störung in ein „kinetisches
Gleichgewichtsspektrum“ verwandelt worden.
Wären zu wenige oder zu viele Photonen für ein thermisches Gleichgewicht vorhanden gewesen,
hätte man ein chemisches Potential µ0 annehmen müssen (benannt nach Bose und
Einstein).
Compton Streuung:
Falls eine Energiezufuhr zu einem Zeitpunkt ca. z ¤¦¥¨§ 5 erfolgt wäre, würde das ebenfalls als
Abweichung vom Planck – Spektrum bemerkbar sein.
Der wichtigste dann stattfindende Prozess wäre hier die einfache Compton – Streuung
(e + γ → e‘ + γ‘). Sie reicht aber in diesem Zeitraum nicht mehr aus, um ein „kinetisches
Gleichgewicht“ herzustellen (wie oben).
Beschreibung dieser Störung durch Compton - Parameter y (aufgeteilt in : Rayleigh – Jeans und
Wien Bereich):
(∆T/T) RJ = - 2 y
(∆T/T) Wien = x y
Mit x= hν / (k B Tγ)
Durch die genauen Messungen, die bisher durchgeführt wurden, kann man aber größere
Energiezufuhren in diesen Zeiträumen vor der Rekombination ausschließen.
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