Doctoral Thesis
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Title

Gauge-invariant cosmological perturbation theory

Author
Director
Straumann, N.
Defense Thèse de doctorat : Univ. Zürich - 1988
Abstract The linear perturbation theory of Friedman universes is treated in a gauge-invariant manner (i.e., invariant under linearized coordinate transformations). After presenting some mathematical tools in Chapter 1, the perturbation equations are derived with the help of the 3+1 formalism of general relativity in Chapter 2. Bardeens perturbation theory [4] is thereby extended to the treatment of collisionless matter. In Chapter 3 we solve the perturbation equations for perfect fuids explicitely. The results are applied to the discussion of the Sachs-Wolfe effet and of the traditional baryonic scenario of galaxy formation. In Chapter 4 numerical solutions of the gauge invariant perturbation equations are presented for a universe consisting of collisionless particles of mass mx ≠ 0, massless neutrinos and radiation. In this scenarios the masses of the first objects to collapse are of the order of m³pl/m²x. Within the gauge-invariant treatment, the perturbation amplitudes exhibit no growth on scales which are larger than the present horison size.
Abstract In dieser Dissertation wird lineare Störungstheorie von Friedman Universen auf eichinvariante Weise (das heisst, invariant unter linearisierten Koordinatentransformationen) behandelt. Nach der Bereitstellung einiger mathematischer Hilfsmittel in Kapitel 1, werden im zweiten Kapitel die Störungsgleichungen unter Benutzung des 3+1 Formalismus' der allgemeinen Relativitätstheorie hergeleitet. Die Störungstheorie von Bardeen [4] wird dabei zur Behandlung von stossfreier Materie erweitert. Im dritten Kapitel lösen wir die Störungsgleichungen explizit für ideale Fluida. Die Resultate wenden wir in der Diskussion des Sachs-Wolfe Effekts und des konventionellen, baryonischen Szenarios der Galaxienbildung an. In Kapitel 4 werden numerische Lösungen der eichinvarianten Störungsgleichungen für ein Universum, dessen Materie aus stossfreien Teilchen der Masse mx ≠ 0, masselosen Neutrini und elektromagnetischer Strahlung besteht, präsentiert. Die Massen der Objekte, welche als erste gravitativ instabil werden, sind in solchen Szenarien von der Grössenordnung m³pl/m²x. Im Rahmen der eichinvarianten Störungstheorie können Störungen auf Skalen, welche grösser sind als die momentane Ausdehnung des Horizontes, nicht anwachsen.
Keywords Friedman universes
Identifiers
URN: urn:nbn:ch:unige-7218
Full text
Thesis - public document Free access
Citation
(ISO format)
DURRER, Ruth. Gauge-invariant cosmological perturbation theory. Thèse de doctorat : Univ. Zürich. 1988. https://archive-ouverte.unige.ch/unige:721

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Deposited on : 2009-02-06

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