CBR e materia oscura
Proseguimo con l'analisi delle informazioni che è possibile trarre dall'analisi dello spettro in frequnza della CBR.
1) Innanzitutto potremmo chiederci quante armoniche dovremmo aspettarci di osservare. Esiste una frequenza massima ad di sopra della quale le oscillazioni acustiche non possono propagare ? Nell'aria per esempio non tutti i suoni riescono a propagarsi: le onde con frequenze molto alte vengono rapidamente dissipate perchè non riscono a produrre un'oscillazione in grado di viaggiare per lunghi tratti. L'aria infatti non è un mezzo continuo ma ha una "granulosità" , essendo composta da molecole. Non si possono quindi produrre in aria perturbazioni di lunghezza d'onda più piccola della distanza tra molecole. Allo stesso modo nel plasma primordiale non tutte le onde acustiche riescono a sopravvivere fino alla ricombinazione : quelle di frequenza molto alta ( corrispondenti perciò a perturbazioni su scale molto piccole) vengono cancellate dai procesis di diffusione. A causa di questi fatto, studiato da Joseph Silk nel 1968, ci si aspetta che solo le prime tre armoniche producano picchi ben visibili nello spettro acustico. I picchi a partire dal quarto sono considerevolmente attenuati. L'osservazione di questo effetto di cancellazione dei picchi acustici è di per sè molto importante per comprendere nel dettaglio i processi fisici che sono avvenuti nel plasma primordiale ma è nei primi tre picchi che è contenuta abbastanza informazione da poter gettare luce su diverse questioni cruciali della cosmologia.
2) Una delle questioni più importanti riguarda la quantità di materia presente nell'Universo. Questa influenza in maniera molto forte l'altezza dei picchi acustici dello spettro. Per capire perchè ricordiamo:
- che l'altezza dei picchi è determinata dall'ampiezza che hanno al momento della ricombianzione le onde acustiche corrispondenti a perturbazioni di scala diversa
- che la frequenza fondamentale è relativa ad una fase di massima compressione all'epoca della ricombianzione mentre il secondo picco ad una fase di massima rarefazione.
Dobbiamo inoltre tener presente il diverso ruolo giocato dalla materia di tipo barionico e dalla materia oscura nella fisica delle oscillazioni acustiche. La materia oscura infatti facilita il collasso gravitazionale delle perturbazioni, tuttavia, al contrario della materia barionica essa non risente dell'interazione con i fotoni.
Di conseguenza le oscillazioni che si vengono a trovare alla ricombinazione in una fase di compressione, favorita dalla spinta gravitazionale a cui contribuisce la materia ( oscura e barionica) , avranno una ampiezza maggiore di quelle che sono nella fase di rarefazione a cui partecipa solo la radiazione della materia barionica ed è invece ostacolata dalla gravità di entrambi i tipi di materia. Dunque il primo picco nello spettro avrà in generale un'altezza maggiore del secondo: inoltre il divario tra le due altezze sarà tanto più grande quanto è maggiore il contenuto di barioni nel plasma primordiale, Pertanto confrontare l'altezza del primo picco con quella del secondo è un metodo potentissimo per "pesare" la materia barionica, cioè il numero di atomi presenti nell'Universo. Questo metodo è inoltre completamente indipendente dal metodo basato sulla nucleosintesi primordiale del modello di Bethe.