Gravitációs kölcsönhatás neutrínókkal és sötét anyaggal

Az Univerzum fejlődése szempontjából a kozmikus folyadék foton és barion komponensén túlmenően a sötét anyagból és a neutrínókból származó járulékok fontosak.

A sugárzásdominált Univerzum energiasűrűségének mintegy 40%-a neutrínókból származhat [39], ebben a korszakban hatásuk jelentős. Alább röviden összefoglaljuk a neutrínók hatásait a CMB hőmérsékleti spektrumra az $i.,$ relativisztikus (tömeg nélküli) neutrínók határesetére, és $ii.,$ tömeges neutrínó esetére.

Relativisztikus neutrínók: A sugárzásdominált korszakban a nagy hullámhosszú gravitációs potenciál perturbációi konstansok, a rövid hullámhosszúak csökkenő amplitúdóval oszcillálnak (lásd 6.4.2 alfejezet). Pordominált korszakban a rövid hullámhosszú gravitációs potenciálok is konstansok. A relativisztikus neutrínók járuléka jelentősen növeli a sugárzásdominált korszak energiasűrűségét, emiatt az anyag-sugárzás egyenlőség később következik be, mint hiányukban. A továbbtartó sugárzásdominált korszak relatív csillapítást eredményez a rövidhullámú fluktuációk amplitúdójában. A neutrinók másik hatása abból származik, hogy azok a fotonokat megelőzően lecsatolódtak a kozmikus plazmáról. A relativisztikus neutrínóperturbációk fénysebeséggel terjednek, szemben a barion-foton plazmában hangsebeséggel terjedő perturbációkkal. A neutrínóperturbációk gravitációs hatásai a kezdeti inhomogenitások akusztikus horizontján túl mutatnak, ami a CMB akusztikus oszcillációiban fáziseltolódást eredményez [40].

Tömeges neutrínó esetén történő korrekciók: Nem nulla tömegű neutrínók esetén az anyag-sugárzás egyenlősége hamarabb bekövetkezik, mint tömeg nélküliek esetén. Ez a CMB hőmérsékleti spektrumában ahhoz vezet, hogy az amplitúdó az első csúcs környékén a neutrínó tömegnöveléssel csökken, illetve a csúcsok a $C_{l}$ spektrumban kisebb $l$-ek irányába mozdulnak [41]. A WMAP mérésekből a neutrínótömegre felső korlátot sikerült megállapítani. Az egyszerűség kedvéért viszont a következő tárgyalásunkban a neutrínó tömegét elhanyagoljuk.

A pordominált Univerzumban a nem-relativisztikus anyag nagy részét a hideg sötét anyag teszi ki. Ez az anyagtípus csak gravitációsan hat kölcsön bármely más anyaggal, és a termális mozgásából származó sebessége kicsi, vagyis nemrelativisztikus.