우주론-암흑 에너지

암흑 에너지의 영역은 모든 방정식에서 자유 매개 변수이기 때문에 천문학에서 매우 회색 영역이지만 이것이 정확히 무엇인지는 분명하지 않습니다.

프리드만의 방정식부터 시작하겠습니다.

$$ \ 왼쪽 (\ frac {\ dot {a}} {a} \ right) ^ 2 = \ frac {8 \ pi G} {3} \ rho-\ frac {k \ ast c ^ 2} {a ^ 2} $$

우주론에 관한 대부분의 초등 책들은 모두이 에피소드에서 허블이 관측하기 전에 우주가 닫혀 있고 정적이라는 암흑 에너지를 설명하는 것으로 시작합니다.

이제 오른쪽에서 우주가 정적이 되려면 두 용어가 모두 일치해야하고 0이되어야하지만 첫 번째 용어가 두 번째 용어보다 크면 우주는 정적이 아니므로 Einstein은 자유 매개 변수를 삭제했습니다. ∧ 그래서 그는 첫 번째 항이 두 번째 항과 비교 되더라도 방정식에 하나 이상의 구성 요소가 있으면 항상 정적 우주를 얻을 수 있으며, 이는 이 두 용어 사이의 일치.

$$ \ 왼쪽 (\ frac {\ dot {a}} {a} \ right) ^ 2 = \ frac {8 \ pi G} {3} \ rho-\ frac {k \ ast c ^ 2} {a ^ 2} + \ frac {\ wedge} {3} $$

$$ \ left (\ frac {\ ddot {a}} {a} \ right) =-\ frac {4 \ pi G} {3} \ left (\ rho + \ frac {3P} {c ^ 2} \ 오른쪽) + \ frac {\ wedge} {3} $$

$ P = \ rho \ ast c ^ 2 / 3 $ 및 $ \ wedge = \ rho \ ast c ^ 2 $는 우주 론적 매개 변수입니다. (음수 기호는 매력 때문입니다)

위의 방정식 (가속 방정식)에서-

$ 3P / c ^ 2 $는 방사선으로 인한 음압입니다.
$ -4 \ pi G / 3 $는 중력으로 인한 매력입니다.
$ \ wedge / 3 $는 긍정적 인 기여를합니다.

세 번째 항은 방정식의 다른 부분이 매력적이기 때문에 반발력으로 작용합니다.

방정식의 물리적 중요성은 ˙a = 0우주가 팽창하고 있다는 증거가 없었기 때문입니다. 이 두 용어가 서로 일치하지 않으므로 구성 요소를 추가하는 것이 더 좋으며 오프셋에 따라 항상 free 매개 변수의 값을 변경할 수 있습니다.

그 당시에는이 우주적 매개 변수에 대한 물리적 설명이 없었기 때문에 팽창하는 우주에 대한 설명이 1920 년대에 발견되었을 때 Einstein 즉시이 상수를 버려야했습니다.

이것에 대한 설명 cosmological constant 우주의 다른 버전을 설명하기 때문에 여전히 사용되고 있지만,이 우주 상수의 정의, 해석 방식은 시간에 따라 계속 변했습니다.

이제이 우주 상수의 개념은 여러 가지 이유로 우주론으로 돌아 왔습니다. 그 이유 중 하나는 우주의 다른 구성 요소 (중압, 암흑 물질, 복사)의 에너지 밀도에 대한 관찰이 있으므로이 매개 변수가 무엇인지 알고 있기 때문입니다. 사용하는 독립적 인 관찰cosmic microwave background k = 0임을 보여줍니다.

$$ CMB, k = 0 \ : \ rho = \ rho_c = \ frac {3H_0 ^ 2} {8 \ pi G} \ 약 10 \ : 수소 \ : 원자 .m ^ {-3} $$

k가 0이 되려면 $ \ rho $는 $ \ rho_c $와 같아야합니다. 그러나 우리가 아는 모든 것을 더하면 0을 얻지 못합니다. 즉, 그것이 훨씬 더 작다는 것을 보여주는 다른 구성 요소가 있음을 의미합니다. $ \ rho_c $.

$$ \ rho = \ rho_b + \ rho_ {DM} + \ rho_ {rad} << \ rho_c $$

암흑 에너지에 대한 또 하나의 증거는 Type 1 Supernova Observation이것은 백색 왜성이 물질을 축적하고 매우 정확한 한계 (≈ 1.4M) 인 Chandrashekhar 한계를 초과 할 때 발생합니다. 이제 Type 1 Supernova Explosion이 발생할 때마다 우리는 동일한 질량을 가지므로 시스템의 총 결합 에너지가 동일하고 우리가 볼 수있는 빛 에너지의 양이 동일합니다.

물론 초신성 빛은 증가했다가 희미 해지지 만 피크 밝기를 측정하면 항상 동일하므로 표준 후보가됩니다. 그래서 우리는 제 1 형 초신성을 가지고 우주의 우주적 구성 요소를 측정하는데 사용했고 천문학 자들은 높은 적색 이동을 가진 초신성이 낮은 적색 이동 초신성보다 30 ~ 40 % 더 희미하다는 것을 발견했습니다. -제로∧ 기간.

우주 모델에서 DE (Dark Energy)유체로 취급됩니다. 즉, 상태 방정식을 쓸 수 있습니다. 상태 방정식은 물질의 두 가지 다른 상태의 압력, 밀도, 온도 및 부피와 같은 변수를 연결하는 방정식입니다.

차원 적으로 보면

$$ \ frac {8 \ pi G} {3} \ rho = \ frac {\ wedge} {3} $$

$$ \ rho_ \ wedge = \ frac {\ wedge} {8 \ pi G} $$

DE의 에너지 밀도,

$$ \ epsilon_ \ wedge = \ rho_ \ wedge \ ast c ^ 2 = \ frac {\ wedge c ^ 2} {8 \ pi G} $$

암흑 에너지 밀도 매개 변수,

$$ \ 오메가 _ \ wedge = \ frac {\ rho_ \ wedge} {\ rho_c} $$

$ \ Omega_ \ wedge $는 임계 밀도 측면에서 암흑 에너지의 밀도입니다.

$$ \ rho = \ rho_b + \ rho_ {DM} + \ rho_ \ wedge $$

우주를 격퇴하고 우주를 팽창시키는 암흑 에너지에 대한 많은 이론이 있습니다. 한 가지 가설은이 암흑 에너지가 진공 에너지 밀도 일 수 있다는 것입니다. 공간 자체가 일부 에너지를 처리하고 있다고 가정하고 공간의 단위 부피 내에서 중압 물질, 암흑 물질 및 복사의 양을 계산할 때 공간과 관련된 에너지의 양도 계산하지만 명확하지 않습니다. 암흑 에너지는 실제로 진공 에너지 밀도입니다.

암흑 물질과 방사선에 대한 밀도와 배율 사이의 관계는

$$ \ rho_m \ propto \ frac {1} {a ^ 3} $$

$$ \ rho_m \ propto \ frac {1} {a ^ 4} $$

밀도 대 스케일 팩터 플롯이 있습니다. 같은 플롯에서 $ \ rho_ \ wedge $는 스케일 팩터에 의존하지 않는 우주의 팽창과 함께 상수임을 알 수 있습니다.

다음 이미지는 밀도와 축척 비율 간의 관계를 보여줍니다.