Kosmologi - Energi Gelap
Area Dark Energy adalah area yang sangat abu-abu dalam astronomi karena merupakan parameter bebas di semua persamaan, tetapi tidak ada gambaran jelas apa sebenarnya ini.
Kita akan mulai dengan persamaan Friedmann,
$$ \ left (\ frac {\ dot {a}} {a} \ right) ^ 2 = \ frac {8 \ pi G} {3} \ rho - \ frac {k \ ast c ^ 2} {a ^ 2} $$
Sebagian besar buku dasar tentang kosmologi, semuanya dimulai dengan menggambarkan energi gelap dari episode ini bahwa sebelum pengamatan Hubble, alam semesta tertutup dan statis.
Sekarang, agar alam semesta menjadi statis di sisi kanan, kedua suku harus cocok dan harus nol, tetapi jika suku pertama lebih besar dari suku kedua, maka alam semesta tidak akan statis, jadi Einstein menjatuhkan parameter bebas ∧ ke dalam persamaan medan untuk membuat alam semesta statis, jadi dia berpendapat bahwa tidak peduli apa suku pertama dibandingkan dengan suku kedua, Anda selalu bisa mendapatkan alam semesta statis jika ada satu lagi komponen dalam persamaan, yang dapat mengkompensasi dis- kecocokan antara dua istilah ini.
$$ \ left (\ frac {\ dot {a}} {a} \ right) ^ 2 = \ frac {8 \ pi G} {3} \ rho - \ frac {k \ ast c ^ 2} {a ^ 2} + \ frac {\ wedge} {3} $$
$$ \ left (\ frac {\ ddot {a}} {a} \ right) = - \ frac {4 \ pi G} {3} \ left (\ rho + \ frac {3P} {c ^ 2} \ kanan) + \ frac {\ wedge} {3} $$
Di mana $ P = \ rho \ ast c ^ 2/3 $ dan $ \ wedge = \ rho \ ast c ^ 2 $ adalah Parameter Kosmologis. (Tanda negatif hanya karena ketertarikan)
Dalam persamaan di atas (persamaan percepatan) -
$ 3P / c ^ 2 $ adalah tekanan negatif akibat radiasi,
$ -4 \ pi G / 3 $ adalah gaya tarik gravitasi, dan
$ \ wedge / 3 $ memberikan kontribusi positif.
Suku ketiga bertindak sebagai gaya tolak karena bagian lain dari persamaan itu menarik.
Signifikansi fisik persamaan adalah itu ˙a = 0karena tidak ada bukti yang menunjukkan bahwa alam semesta mengembang. Bagaimana jika kedua istilah ini tidak cocok satu sama lain, jadi lebih baik menambahkan komponen dan tergantung pada offsetnya kita selalu dapat mengubah nilai parameter bebas.
Saat itu belum ada penjelasan fisik tentang parameter kosmologis ini, itulah sebabnya ketika penjelasan tentang alam semesta yang mengembang ditemukan pada tahun 1920-an, dimana Einstein segera harus membuang konstanta ini.
Penjelasan tentang ini cosmological constant masih digunakan karena menjelaskan versi berbeda dari alam semesta, tetapi definisi konstanta kosmologis ini, cara penafsirannya terus berubah seiring waktu.
Sekarang konsep konstanta kosmologis ini telah dibawa kembali ke kosmologi karena berbagai alasan. Salah satu alasannya adalah, kami memiliki pengamatan untuk kepadatan energi berbagai komponen alam semesta (baryonic, dark matter, radiasi), jadi kami tahu apa parameter ini. Pengamatan independen menggunakancosmic microwave background menunjukkan bahwa k = 0.
$$ CMB, k = 0 \: \ rho = \ rho_c = \ frac {3H_0 ^ 2} {8 \ pi G} \ kira-kira 10 \: Hidrogen \: atom.m ^ {- 3} $$
Untuk k menjadi 0, $ \ rho $ harus sama dengan $ \ rho_c $, tetapi semua yang kita ketahui jika kita menambahkannya tidak memberikan 0, yang berarti ada beberapa komponen lain yang menunjukkan bahwa itu jauh lebih kecil dari $ \ rho_c $.
$$ \ rho = \ rho_b + \ rho_ {DM} + \ rho_ {rad} << \ rho_c $$
Satu lagi bukti energi gelap berasal dari Type 1 Supernova Observationyang terjadi ketika katai putih menambah materi dan melebihi batas Chandrashekhar, yang merupakan batas yang sangat tepat (≈ 1.4M). Sekarang setiap kali terjadi Ledakan Supernova Tipe 1, kita memiliki massa yang sama yang berarti energi ikat total sistem sama dan jumlah energi cahaya yang dapat kita lihat juga sama.
Tentu saja, cahaya supernova meningkat dan kemudian pingsan, tetapi jika Anda mengukur kecerahan puncak, hasilnya akan selalu sama sehingga menjadi kandidat standar. Jadi, dengan Supernova Tipe 1 yang kami gunakan untuk mengukur komponen kosmologis alam semesta dan para astronom menemukan bahwa supernova dengan pergeseran merah tinggi adalah 30% - 40% lebih redup daripada supernova pergeseran merah rendah dan dapat dijelaskan jika ada non -nol∧ istilah.
Dalam model kosmologis DE (Dark Energy)diperlakukan sebagai fluida, yang berarti kita dapat menulis persamaan keadaan untuk itu. Persamaan keadaan adalah persamaan yang menghubungkan variabel seperti Tekanan, Massa jenis, Suhu, dan Volume dari dua keadaan materi yang berbeda.
Secara dimensi kita melihat,
$$ \ frac {8 \ pi G} {3} \ rho = \ frac {\ wedge} {3} $$
$$ \ rho_ \ wedge = \ frac {\ wedge} {8 \ pi G} $$
Kepadatan energi DE,
$$ \ epsilon_ \ wedge = \ rho_ \ wedge \ ast c ^ 2 = \ frac {\ wedge c ^ 2} {8 \ pi G} $$
Parameter kepadatan energi gelap,
$$ \ Omega_ \ wedge = \ frac {\ rho_ \ wedge} {\ rho_c} $$
$ \ Omega_ \ wedge $ adalah massa jenis energi gelap dalam hal massa jenis kritis.
$$ \ rho = \ rho_b + \ rho_ {DM} + \ rho_ \ wedge $$
Ada sejumlah teori tentang energi gelap, yang menolak alam semesta dan menyebabkan alam semesta mengembang. Salah satu hipotesisnya adalah bahwa energi gelap ini bisa jadi merupakan kepadatan energi vakum. Misalkan ruang itu sendiri sedang memproses sejumlah energi dan ketika Anda menghitung jumlah materi baryonik, materi gelap, dan radiasi dalam satuan volume ruang, Anda juga menghitung jumlah energi yang terkait dengan ruang, tetapi tidak jelas bahwa energi gelap sebenarnya adalah kepadatan energi vakum.
Kita tahu bahwa hubungan antara faktor kerapatan dan skala untuk materi gelap dan radiasi adalah,
$$ \ rho_m \ propto \ frac {1} {a ^ 3} $$
$$ \ rho_m \ propto \ frac {1} {a ^ 4} $$
Kami memiliki plot faktor skala kepadatan v / s. Dalam plot yang sama, kita dapat melihat bahwa $ \ rho_ \ wedge $ adalah konstanta dengan perluasan alam semesta yang tidak bergantung pada faktor skala.
Gambar berikut menunjukkan hubungan antara kepadatan dan faktor skala.
‘ρ’ v/s ‘a’(faktor skala yang terkait dengan waktu) dalam grafik yang sama, energi gelap dimodelkan sebagai konstanta. Jadi, energi gelap apa pun yang kita ukur di alam semesta saat ini, itu adalah konstanta.
Poin untuk Diingat
Pengamatan independen menggunakan latar belakang gelombang mikro kosmik menunjukkan bahwa k = 0.
$ \ rho_ \ wedge $ adalah konstanta dengan pemuaian alam semesta yang tidak bergantung pada faktor skala.
Gravitasi juga berubah seiring dengan waktu yang disebut modified Newtonian dynamics.