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MPA-Director Rashid Sunyaev
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Sonderbriefmarke Russlands zum 100.Geburtstag von Ya. Zel'dovich
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Der wissenschaftliche Rat des A.F.Ioffe Physical-Technical Institute der
Russischen Akademie der Wissenschaften, eines der größten wissenschaftlichen
Institute in Russland, nominierte Rashid Sunyaev für eine Reihe von Arbeiten, in
denen er und Ya. B. Zel'dovich Vorhersagen über die Existenz von zwei wichtigen
Meilensteinen in der Entwicklung des Universums machten: (1) die letzte
Streufläche der Photonen und (2) die Schwarzkörper-Photosphäre des Universums.
Darüber hinaus beschreiben die Veröffentlichungen auch die Existenz von
unvermeidbaren Verzerrungen und Abweichungen des CMB-Spektrums von einem reinen
Planck-Spektrum (siehe Referenzen unten).
Im Urknall-Modell begann das Universum in einem unendlich dichten und heißen
Zustand und dehnte sich in seinen ersten Augenblicken rasant aus. Als es
abkühlte, bildete sich ein heißes Plasma und schließlich vereinigten sich die
Elektronen mit Protonen und bildeten Wasserstoff (die sogenannten
"Rekombination") nach etwa 380 000 Jahren (oder bei einer Rotverschiebung von
1090). Dies geht einher mit einer letzten Streufläche (last scattering
surface), d.h. nach der Rekombination können sich die Photonen mehr oder weniger
frei durch den Raum bewegen und sie können als kosmische
Mikrowellenhintergrundstrahlung (CMB) beobachtet werden. Auch wenn der CMB
insgesamt sehr homogen ist, so gibt es doch winzige Winkelfluktuationen und
akustische Spitzen in seinem Leistungsspektrum, die von den kosmologischen
Satelliten WMAP (2001-2010) und Planck (2009-2013) beobachtet wurden. Diese
Beobachtungen zeigten, dass Zel'dovich und Sunyaev (1970a) die Position und die
effektive Dicke der letzten Streufläche mit einer Genauigkeit von wenigen
Prozent berechnet hatten.
Außerdem fanden Sunyaev und Zel'dovich eine analytische Lösung, um zu
beschreiben wie der CMB verzerrt wird und von einem reinen
Planck-Schwarzkörper-Spektrum abweicht. Die geschieht aufgrund der kombinierten
Wirkung von Bremsstrahlung (oder Doppel Compton) bei niedrigen Frequenzen und
der Comptonisierung von Photonen durch Maxwell-Elektronen, was zu einer
Umverteilung der Frequenz der Photonen führt. Die numerischen Rechnungen der
letzten Jahre erwiesen sich dem klassischen Ergebnis treu: die
Energiefreisetzung im frühen Universum (mit einer Rotverschiebung von mehr als 2
Millionen) hinterlässt auf dem beobachteten Spektrum des CMB keinerlei Spuren.
Die merkliche Energiefreisetzung jeglicher Art bei niedrigeren Rotverschiebungen
jedoch führt zu typischen spektralen Verzerrungen.
Mehrere Satelliten-Projekte, die nach dieser spektralen Verzerrung des CMB
suchen könnten, wurden NASA und ESA zur Prüfung vorgelegt. Außerdem zeigten
neuere Arbeiten von Sunyaev und R. Khatri, dass die analytische Lösung von
Zel'dovich und Sunyaev (1970b) die Position der Schwarzkörper-Photosphäre des
Universums mit einer Genauigkeit von 10% beschreibt.
Veröffentlichungen:
1. Sunyaev, R.A., Zel'dovich, Ya.B., 1970a, Small scale fluctuations of
relic radiation, Astrophysics and Space Science, Vol.7, pp. 3-19 (554
citations)
2. RA Sunyaev, Zel'dovich, Ya.B., 1970b, The interaction of matter and
radiation in the hot model of the universe, II, Astrophysics and Space
Science, Vol. 7, pp.20-30 (189 citations)
3. RA Sunyaev, Zel'dovich, Ya.B., 1970c, The spectrum of the primordial
radiation, its distortions and their significance, Comments on Astrophysics
and Space Physics , Vol. 2, pp. 66-73 (152 citations)
4. RA Sunyaev, Zel'dovich, Ya.B., 1980, Microwave background radiation as a
probe of the contemporary structure and history of the universe, Annual
Review of Astronomy and Astrophysics, Volume 18, pp. 537-560 (510
citations)
R. Sunyaev, Khatri, R., 2013, Unavoidable CMB Spectral Features and
Blackbody Photosphere of our Universe, International Journal of Modern
Physics D, Vol. 22, Issue 7, id. 1330014
Khatri, R., R. Sunyaev, 2012, Creation of the CMB spectrum: precise analytic
solutions for the blackbody photosphere, Journal of Cosmology and
Astroparticle Physics, Issue 06, id. 038
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