Inflaatio ja rakenteiden synty - Mönkkönen, Keijo (2016)
Kosmologian standardimallina tunnettu LCDM-malli on vakiinnuttanut asemansa parhaana mahdollisena selityksenä viimeaikaisille kosmologisille havainnoille. Ilman ns. inflaatiovaihetta malli törmää kuitenkin varhaista maailmankaikkeutta koskeviin vakaviin ongelmiin. Se ei kykene antamaan selitystä avaruuden laakeudelle, taustasäteilyn tasaisuudelle, raskaiden reliikkihiukkasten puuttumiselle ja taustasäteilyn anisotropioille. Edellä mainittujen ongelmien ratkaisuksi on esitetty kosmologista inflaatiota, jonka mukaan hyvin varhainen maailmankaikkeus on käynyt läpi kehitysvaiheen, jossa sen koko kasvoi lähes eksponentiaalisesti. Tässä pro gradu -tutkielmassa perehdytään lähdeaineiston avulla inflaation fysikaaliseen perustaan ja siihen, kuinka se ratkaisee standardikosmologiassa esiintyvät ongelmat. Erityisesti pyritään ymmärtämään taustasäteilyn anisotropioiden syntyä, sillä ne heijastelevat varhaisia tiheysperturbaatioita, joista on ajan myötä kehittynyt universumin suuren mittakaavan rakenne. Tutkielmassa nähdään, että pelkkä eksponentiaalisesti kiihtyvä laajeneminen ratkaisee kolme ensimmäistä ongelmaa. Lisäksi anisotropiat voidaan selittää inflaation aikana tapahtuvilla kvanttifluktuaatioilla, jotka indusoivat häiriöitä gravitaatiopotentiaaliin ja sitä kautta taustasäteilyn lämpötilaan. Perturbaatioiden tarkkaan käsittelyyn tarvitaan kosmologista häiriöteoriaa, jolle on tutkielmassa omistettu oma kappaleensa. Erilaisia inflaatiomalleja on hyvin paljon. Tutkielman tavoite ei ole esitellä ja eritellä malleja, joten tarkastelussa rajoitutaan yksinkertaisimpaan yhden kentän slow-roll -inflaatioon. Inflaatioprosessin vaikutus kosmologisiin havaintoihin, kuten taustasäteilyyn ja galaksien jakaumaan, käydään läpi ja ennusteita verrataan Planck-satelliitin viimeisimpään data-analyysiin vuodelta 2015. Lopuksi pohditaan inflaatioparadigman avoimia kysymyksiä ja annetaan esimerkki vaihtoehtoisesta selitysmallista.