Akusztikus barionoszcillációk

A korai Univerzum forró plazmájában az anyag és sugárzás kölcsönhatása nyomást hozott létre, amely a gravitációs vonzással ellentétes irányban fejtette ki hatását. A két hatás eredményeképp a plazma a hanghullámokhoz hasonló oszcillációkban képes részt venni. A kezdeti kvantumos fluktuációkból az infláció során a plazmában perturbációk jöttek létre, amelyek sötét anyagból, barionokból és fotonokból álltak. A túlnyomás hatására adott perturbáció centrumából akusztikus gömbhullám indult útnak igen magas (a fénysebességnek mintegy fele nagyságú) sebességgel. A sötét anyagnak nincs nyomása, így a perturbáció közepén maradt, a barionok és fotonok viszont távolodtak, egészen a lecsatolódásig. Ekkor a fotonok kiléptek a plazmakölcsönhatásból, és már szabadon, háttérsugárzásként terjedtek szét, míg a barionok megtorpantak a lecsatolódott fotonok nyomása nélkül hirtelen dominánssá váló gravitáció hatására. A hanghorizont a gömb sugara a lecsatolódáskor [31]. Ekkor tehát a gömbfelületen és a centrumban nagyobb a barionsűrűség, így várható, hogy a struktúra elsősorban itt alakul ki. A galaxisok mai elhelyezkedését vizsgálva, a hanghorizont elvben meghatározható.

Természetesen a probléma ennél bonyolultabb, hiszen nem egy, hanem számtalan perturbáció létezett az infláció után, és a hanghorizont sugarú gömbök átmetszették egymást. Amennyiben azonban a galaxisok távolságát páronként megmérjük, és az így nyert kétpont-korrelációs függvényt ábrázoljuk, a távolsággal csökkenő függvény áll elő, hiszen a gravitáció vonzó jellege miatt az anyag csomósodik. A hanghorizont jelenlétét a csökkenő függvényen megjelenő lokális maximum mutatja (6.15 ábra).

6.15. Ábra: A galaxisok kétpont-korrelációs függvényének távolságfüggése [32], [33]. A lineáris struktúraképződés csak hozzávetőlegesen adja meg az N-test szimuláció (és erre illesztett analitikus függvény) viselkedését. A görbe lokális maximuma $\approx 110$ Mpc $h^{-1}\approx 150$ Mpc a hanghorizont jelenlegi méretét adja meg.

A Sloan Digital Sky Survey (SDSS) nagyszabású égboltfelmérés alapján a hanghorizont mintegy 150 Mpc-nak adódott [34]. A hanghorizont mérete közvetve meghatározza az Univerzum sötét anyag + barionikus anyag tartalmát. Ennek oka, hogy különböző barionikus/sötét anyag és foton arányok különböző terjedési sebességhez vezetnek a korai Univerzum perturbációinak fejlődésében.