Strukturbildung im Kosmos infolge von gravitativ getriebenen Plasma-Instabilitäten
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Zusammenfassung
This thesis presents a two-fluid model consisting of the photon gas and
the cosmic plasma for explaining the formation and evolution of galaxies,
in which the coupling between radiation and plasma is considered in
detail. Taking into account the cosmic expansion, the formation of galaxies
is discussed in both the Newtonian and the general relativistic theory.
In order to determine the unstable density fluctuation modes of the system,
the coupled sound-wave equations are solved using the method of
dispersionrelations. During the hydrogen recombination the spectrum of the
unstable fluctuation modes coincides exactly with the mass-spectrum of
galaxies observed today. Furthermore an earliest possible time is obtained
within the cosmic evolution, where galaxy formation can set in.
The quasi-unstable mass range of the growing oscillating fluctuation modes
around 1E18 M_odot in the general relativistic calculation can
be connected with the observed void structure.
Subsequently the time evolution of the matter and radiation density
fluctuations is investigated. Therefore the coupled sound-wave equations
for the amplitudes of the unstable fluctuation modes are numerically
integrated from times prior to the hydrogen recombination to times shortly
after the recombination and additionally in the general relativistic part
to the present time. A significant increase of the amplitudes of the matter
density fluctuations up to four orders of magnitude can be seen, if the
Universe is described by a cosmological model with positive cosmological
constant and positive curvature (Lemaitre-Universe) without the need of
an essential amount of cold non-baryonic dark matter.
Consequently, with this model the formation of galaxies having scales
observed today can be explained assuming a Lemaitre-Universe.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
In dieser Arbeit wird zur Erklärung der Galaxienentstehung und
-entwicklung ein aus dem Photonengas und dem kosmischen Plasma
bestehendes Zwei-Flüssigkeits-Modell vorgestellt, bei dem die
Kopplung von Strahlung und Materie detailliert beschrieben ist.
Unter Berücksichtigung der kosmischen Expansion wird
Galaxienbildung sowohl im Rahmen der Newtonschen als
auch der allgemein-relativistischen Theorie diskutiert.
Um die instabilen Fluktuationsmoden des Systems zu bestimmen,
werden die gekoppelten Schallwellengleichungen mit Hilfe der
Dispersionsrelations-Methode gelöst. Das Spektrum der instabilen
Fluktuationsmoden stimmt zur Zeit der Wasserstoffrekombination
exakt mit dem heute beobachteten Massenspektrum von Galaxien
überein. Weiterhin ergibt sich während der kosmischen Entwicklung
ein frühest möglicher Zeitpunkt für den Beginn der
Galaxienentstehung. Der quasi-instabile Massenbereich der
anwachsenden schwingenden Fluktuationsmoden um 1E18 M_odot
aus der allgemein-relativistischen Rechnung kann mit der
beobachteten Void-Struktur in Verbindung gebracht werden.
Anschließend wird die zeitliche Entwicklung der Materie- und
Strahlungsdichtefluktuationen untersucht, indem die gekoppelten
Schallwellengleichungen für die Amplituden der instabilen
Fluktuationsmoden von Zeiten vor der Wasserstoffrekombination bis
kurz nach der Rekombination und zusätzlich im
allgemein-relativistischen Teil bis zur Gegenwart numerisch
integriert werden. Ein signifikanter Anstieg der Amplituden der
Materiedichtefluktuationen um vier Größenordnungen tritt auf,
wenn das Universum durch ein kosmologisches Modell mit positiver
kosmologischer Konstante und positiver Krümmung (Lemaitre-Universum)
ohne zusätzlichen Anteil an kalter nicht-baryonischer Dunkelmaterie
beschrieben wird. Folglich kann mit diesem Modell bei Annahme eines
Lemaitre-Universums die Bildung von Galaxien heutiger Größe erklärt
werden.
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ISO 690
GESSNER, Eva, 2002. Strukturbildung im Kosmos infolge von gravitativ getriebenen Plasma-Instabilitäten [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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