Primordial Isocurvature Perturbation in Light of CMB and LSS Data

Abstract

The increased accuracy in the cosmological observations, especially in the measurements of the comic microwave background, allow us to study the primordial perturbations in grater detail. In this thesis, we allow the possibility for a correlated isocurvature perturbations alongside the usual adiabatic perturbations.

Thus far the simplest six parameter \Lambda CDM model has been able to accommodate all the observational data rather well. However, we find that the 3-year WMAP data and the 2006 Boomerang data favour a nonzero nonadiabatic contribution to the CMB angular power sprctrum. This is primordial isocurvature perturbation that is positively correlated with the primordial curvature perturbation.

Compared with the adiabatic \Lambda CMD model we have four additional parameters describing the increased complexity if the primordial perturbations. Our best-fit model has a 4% nonadiabatic contribution to the CMB temperature variance and the fit is improved by \Delta\chi^2 = 9.7. We can attribute this preference for isocurvature to a feature in the peak structure of the angular power spectrum, namely, the widths of the second and third acoustic peak.

Along the way, we have improved our analysis methods by identifying some issues with the parametrisation of the primordial perturbation spectra and suggesting ways to handle these. Due to the improvements, the convergence of our Markov chains is improved. The change of parametrisation has an effect on the MCMC analysis because of the change in priors. We have checked our results against this and find only marginal differences between our parametrisation.

Kosmologisten havaintojen määrä ja tarkkuus on huomattavasti kasvanut viime vuosien aikana. Tämä on erityisen huomattavaa kosmisen mikroaaltotaustan mittauksissa. Paremman tarkkuuden ansiosta nykyään on mahdollista tutkia varhaisen maailmankaikkeuden energiatiheyden häiriöiden tilastollista jakaumaa huomattavasti tarkemmin.

Yksinkertaisimmissa kosmologisissa malleissa varhaisessa maailmankaikkeudessa on vain adiabaattisia eli kaarevuushäiriöitä. Väitöskirjassa tutkimme mahdollisuutta toisen tyyppiseen häiriöön, niin kutsuttuun isokurvatuurihäiriöön.

Analyysimme perusteella varhaisen maailmankaikkeuden tiheyshäiriöt ovat pääosin adiabaattisia, mutta mukana on myös pieni isokurvatuuri-komponentti. Tämän havainnon mukaan niiden fysikaalisten prosessien, jotka tuottavat nämä pienet häiriöt varhaisessa maailmankaikkeudessa, täytyy olla hiukan monipuolisempia kuin puhtaasti adiabaattiset mallit sallisivat.