Metrik & Ekspansi Kosmologis

Sesuai dengan hukum kekekalan energi dan hukum kekekalan massa, jumlah total energi termasuk massa (E = mc ² ) tetap tidak berubah sepanjang setiap langkah dalam proses apa pun di alam semesta. Ekspansi alam semesta itu sendiri memakan energi yang mungkin dari peregangan panjang gelombang foton (Pergeseran Merah Kosmologis), Interaksi Energi Gelap, dll.

Untuk mempercepat survei lebih dari 26.000 galaksi, Stephen A. Shectmanmerancang instrumen yang mampu mengukur 112 galaksi secara bersamaan. Di pelat logam, lubang yang sesuai dengan posisi galaksi di langit dibor. Kabel serat optik membawa cahaya dari setiap galaksi ke saluran terpisah pada spektograf di teleskop du Pont 2,5 meter diCarnegie Observatories di Cerro Las Campanas di Chili.

Untuk efisiensi maksimum, teknik khusus yang dikenal sebagai Drift-Scan Photometrydigunakan, di mana teleskop diarahkan ke awal bidang survei dan kemudian penggerak otomatis dimatikan. Teleskop itu berdiri diam saat langit berlalu. Komputer membaca informasi dariCCD Detectorpada tingkat yang sama dengan rotasi bumi, menghasilkan satu gambar yang panjang dan terus menerus pada garis lintang langit yang konstan. Menyelesaikan fotometri memakan waktu total 450 jam.

Ada berbagai bentuk kebisingan dan pemodelan matematisnya berbeda tergantung pada propertinya. Berbagai proses fisik mengembangkan spektrum kekuatan alam semesta dalam skala besar. Spektrum daya awal yang diberikan karena fluktuasi kuantum mengikuti frekuensi pangkat ketiga negatif yang merupakan bentukPink Noise Spectrum dalam tiga dimensi.

Metrik

Dalam kosmologi, seseorang harus terlebih dahulu memiliki definisi ruang. Metrik adalah ekspresi matematika yang mendeskripsikan titik dalam ruang. Pengamatan langit dilakukan dalam geometri bola; karenanya sistem koordinat bola harus digunakan. Jarak antara dua titik yang berjarak dekat diberikan oleh -

$$ ds ^ 2 = dr ^ 2 + r ^ 2 \ theta ^ 2 + r ^ 2 sin ^ 2 \ theta d \ phi ^ 2 $$

Gambar berikut menunjukkan Geometri dalam ruang Euclidean 3 dimensi yang tidak mengembang.

Geometri ini masih dalam ruang Euclidean 3 dimensi yang tidak mengembang. Karenanya, grid referensi yang mendefinisikan frame itu sendiri akan meluas. Gambar berikut menggambarkan peningkatan metrik.

Faktor skala dimasukkan ke dalam persamaan ruang tak-mengembang, yang disebut 'faktor skala' yang menggabungkan pemuaian alam semesta dengan waktu.

$$ ds ^ 2 = a ^ 2 (t) \ kiri [dr ^ 2 + r ^ 2 \ theta ^ 2 + r ^ 2 sin ^ 2 \ theta d \ phi ^ 2 \ kanan] $$

dimana a(t) adalah faktor skala, terkadang ditulis sebagai R(t). Sedangkan,a(t) > 1 berarti perbesaran metrik, sedangkan a(t) < 1 berarti penyusutan metrik dan a(t) = 1berarti metrik konstan. Sebagai konvensi,a(t₀) = 1.

Sistem Koordinat Comoving

Di sebuah Comoving Coordinate System, skala pengukuran mengembang seiring dengan kerangka (alam semesta mengembang).

Di sini, $ \ left [dr ^ 2 + r ^ 2 \ theta ^ 2 + r ^ 2 sin ^ 2 \ theta d \ phi ^ 2 \ right] $ adalah Comoving Distance, dan $ ds ^ 2 $ adalah Jarak yang tepat.

Jarak yang tepat akan sesuai dengan jarak sebenarnya yang diukur dari galaksi jauh dari bumi pada saat pengamatan, alias jarak benda sesaat.

Ini karena jarak yang ditempuh oleh foton ketika mencapai pengamat dari sumber yang jauh akan menjadi yang diterima pada $ t = t_0 $ pengamat, yang berarti bahwa jarak pengamatan sesaat akan menjadi jarak yang tepat, dan seseorang dapat memprediksi jarak masa depan menggunakan faktor laju dan panjang terukur awal sebagai referensi.

Konsep Comoving dan jarak yang tepat penting dalam mengukur nilai sebenarnya dari jumlah massa jenis galaksi dalam volume tertentu ruang yang diamati. Seseorang harus menggunakan jarak Comoving untuk menghitung kerapatan pada saat pembentukannya ketika foton yang diamati dipancarkan. Itu bisa diperoleh setelah laju perluasan alam semesta dapat diperkirakan.

Untuk memperkirakan laju ekspansi, seseorang dapat mengamati perubahan jarak galaksi jauh yang diamati selama periode waktu yang lama.

Poin untuk Diingat

• Metrik adalah ekspresi matematika yang menggambarkan titik-titik dalam ruang.

• Faktor skala menentukan apakah alam semesta berkontraksi atau mengembang.

• Dalam sistem koordinat bergerak, skala pengukuran mengembang bersama kerangka (alam semesta mengembang).

• Jarak yang tepat adalah jarak sesaat benda.

• Jarak tempuh adalah jarak benda sebenarnya.