Patrząc na Wszechświat nieuzbrojonym okiem wydaje się on wyjątkowo jednorodny, jednak po głębszej analizie można zauważyć że materia grupuje się tworząc skomplikowane wzory. Można dostrzec galaktyki, oraz ich zgrupowania czyli gromady galaktyk. Patrząc dalej widać że i te gromady skupiają się tworząc większe obiekty zwane supergromadami. Spoglądając jeszcze dalej w przestrzeń można napotkać olbrzymi mur galaktyk zwany Wielką Ścianą. Wnioskuje się z tego że Wszechświat ma strukturę piany, w której łańcuchy galaktyk otaczają sferyczne pustki niemal pozbawione galaktyk. Od kiedy uzmysłowiono sobie taki obraz Wszechświata zaczęto rozmyślać jaki jest mechanizm powstawania takich struktur. Najbardziej rozsądnym wnioskiem wydaje się tu niestabilność grawitacyjna.

Rozważając ten proces można założyć że w pewnej chwili początkowej np. w chwili rozprężenia, czyli gdy tempo ekspansji przewyższyło tempo rekombinacji (, , ), rozkład materii miał niewielkie zaburzenia gęstości (czyli rozkład materii był niemal jednorodny):

%MATHMODE{|\Delta \rho| \ll \bar{\rho} \Longrightarrow |\delta| \ll 1 \qquad (1)}%

Dzisiaj obserwuje się to jako wyjątkową jednorodność CMB. Obszary o większej gęstości miały tendencję do zapadania się pod wpływem grawitacji wywierając tym samym większą siłę na mniej gęste obszary sąsiednie. Wzrastała ilość materii w obszarze zapadania się w związku z czym rósł potencjał grawitacyjny.

%MATHMODE{|\delta| \ll 1 \to Niestabilnosc \ Grawitacyjna \to |\delta| \gg 1 \qquad (2)}%

Powodowało to że w obszarze tym rosło ciśnienie, przeciwstawiające się zapadaniu zlepka materii, hamując tym samym postępowanie kolapsu a nawet prowadząc to do odwrócenia procesu. Obszar wpadał w oscylacje o pewnej częstości i amplitudzie, parametrach zależnych od prędkości dźwięku w tym ośrodku. Zaburzenia rozchodzące się z są najbardziej znaczącymi modami akustycznymi, których długość czyli horyzont akustyczny (inaczej rozmiar liniowy zaburzenia) wynosi (rozkład fluktuacji składa się z wielu modów, jednak mody podstawowe wyraźnie uwidaczniają się na diagramie widma mocy). można obliczyć znając gęstości składników Wszechświata, temperaturę, tempo ekspansji, indeks krzywizny itp. Można obliczyć rozmiary kątowe takiego horyzontu rzutowane obecnie na niebo. Ich rozmiary kątowe to około co odpowiada modelowi Wszechświata płaskiego (dla dla ). Wszystko to powodowało że rosła niejednorodność rozkładu materii wypełniającej przestrzeń. Niestabilność grawitacyjną przyjmuje się za najważniejszy czynnik prowadzący do powstania struktur we Wszechświecie.

To co będzie się działo z zaburzeniem określa pewien warunek zwany Kryterium Jeansa. Istnieją dwa możliwe scenariusze określające przebieg zaburzenia.

- Pierwszy przypadek, gdy lokalne siły grawitacji są większe od lokalnych sił ciśnienia. Ten przypadek prowadzi do tego iż nastąpi kolaps grawitacyjny (lokalna kontrakcja materii), gdyż żadna siła nie jest w stanie przeciwstawić się grawitacji .

- Drugi przypadek, gdy lokalne siły grawitacji są mniejsze od lokalnych sił ciśnienia. Wtedy układ wpada w oscylacje (gdy ciśnienie w zapadającym się układzie przezwycięży grawitację nastąpi rozdęcie się układu do czasu aż grawitacja znów zacznie odgrywać dominującą role powodując zapadanie się układu) .

gdzie: %MATHMODE{\tau_d = \frac{1}{\sqrt{6\pi G \bar{\rho}}} \qquad (3)}% %MATHMODE{\tau_d = \sqrt{\frac{3}{32\pi G \bar{\rho}}} \qquad (4)}%

Skala dynamiczna reprezentująca możliwości grawitacji, wzór (3) dla Wszechświata zdominowanego przez materię, a wzór (4) odpowiednio dla promieniowania ( stała grawitacji ). %MATHMODE{\tau_s \approx \frac{L}{c_s} \qquad (5)}% Skala czasowa reprezentująca możliwości ciśnienia (skala rozchodzenia się fali dźwiękowej), prędkość dźwięku w danym ośrodku: %MATHMODE{ c_s^2 = \frac {\partial p}{\partial \rho} \qquad (6)}% Wartości dla promieniowania i barionów: %MATHMODE{\frac{c}{\sqrt {3}} \qquad dla \qquad z \textgreater z_{eq} \qquad (7)}% dla tej epoki prędkość dźwięku można przybliżyć przez %MATHMODE{\frac{c}{\sqrt {3}} \sqrt{\frac{4\rho_r}{4\rho_r+3\rho_m}} \qquad dla \qquad z_{rec} \textless z \textless z_{eq} \qquad (8)}% w tej epoce prędkość dźwięku mocno spada %MATHMODE{\frac{5}{3}\Bigl(\frac{kT}{m_H}\Bigr)^{\frac{1}{2}} \qquad dla \qquad z \textless z_{rec} \qquad (9)}% Wartości dla promieniowania i CDM (ciemna zimna materia): %MATHMODE{ c_s \approx \frac{c}{ \sqrt {3}} \qquad dla \qquad z \textgreater z_{eq} \qquad (10)}% %MATHMODE{c_s \approx 0 \qquad dla \qquad z \le z_{eq} \qquad (11)}% gdzie:

- ciśnienie, - prędkość światła, - gęstość cząstek relatywistycznych, - gęstość materii barionowej, - stała Boltzmanna , - masa protonu, - redshift przy którym , - redshift przy którym powstało CMB.

Dla przypadku pierwszego, czyli gdy rozpatrując tempo narastania zaburzeń w różnych ośrodkach %$\delta = \frac{\Delta \rho}{\bar{\rho}} = f(t)$ % można stwierdzić że:

- W ośrodku statycznym , czyli kontrast gęstości rośnie wykładniczo.

- W ośrodku ekspandującym , tutaj tempo narastania fluktuacji jest bardzo powolne (charakter potęgowy)

Dla przypadku szczególnego gdy definiuje się długość fali zaburzenia zwaną długością Jeansa: %MATHMODE{L_J = \frac{2 \pi c_s}{\sqrt{4\pi G\rho}} \qquad (12)}% szczególny przypadek dla wtedy podczas gdy gdzie czyli dla uzyska się . Masa Hubble'a jest to masa zawarta w obszarze o promieniu Hubble'a.

Zaburzenia o dużym rozmiarze (długości fali dużo większej od długości Jeansa) są niestabilne, będą narastać nieograniczenie co spowoduje rozpad ośrodka na fragmenty, a masa takich zgrupowań wyniesie: %MATHMODE{M_{J} = \frac {4}{3} \pi \rho(L_{J})^{3} \qquad (13)}% jest to tzw. masa Jeansa (masa materii zawartej w promieniu o długości Jeansa). Obłoki o masach mniejszych od masy Jeansa rozszerzają się pod wpływem ciśnienia wewnętrznego ( grawitacja jest zbyt słaba by przezwyciężyć ciśnienie, następuje oscylacja). Obłoki o masach większych od masy Jeansa kurczą się pod wpływem grawitacji prowadząc do kolapsu grawitacyjnego.

Za przyczyny powstania niejednorodności uznaje się zaburzenia wytworzone w czasie inflacji, a następnie rozciągnięte na skutek ekspansji. Przypuszcza się że mechanizmy pojawiania się zaburzeń mają naturę kwantową. Zasada nieoznaczoności Heisenberga mówi że nawet pusta na pozór przestrzeń zawiera wiele fluktuacji kwantowych, które na zmianę powstają i znikają, co uśredniając rozmywa ten efekt. Lecz gdy uwzględnić ekspandującą przestrzeń zaburzenia te zostają gwałtownie rozciągnięte (zgodnie inflacyjną ekspansją). I tak te początkowo małe zaburzenia zaczynają podlegać działaniu grawitacji co w ostateczności prowadzi do obserwowanych dzisiaj struktur.

RoWia - 26 Feb 2004