Kritisk tæthed (kosmologi)

Den kritiske tæthed af universet ρ c  er den fornemme værdi af massefylden af ​​stof (stof og energi) i universet , som universets globale geometriske egenskaber afhænger af i kosmologiske modeller .

Især hvis universets gennemsnitlige tæthed er mindre end eller lig med den kritiske, så er en uendelig univers. Hvis tætheden er større end den kritiske, viser universets rum sig at være begrænset:

• ρ < ρ c  - rum med negativ krumning , åbent univers;
• ρ = ρ med  - flad, åben univers;
• ρ > ρ c  er rummets positive krumning, universet er lukket.

Ifølge WMAP er det observerbare univers fladt (inden for fejlmarginen). Baseret på dette er universets gennemsnitlige tæthed ifølge Friedman-modellen lig med den kritiske: ρ = ρ s med en nøjagtighed på omkring 1%.

Baryon-stof (almindelig, tilgængelig for direkte observationer) giver et ret lille bidrag til denne tæthed: kun (4,54 ± 0,01) % eller 0,25 brintatomer pr. kubikmeter. To andre komponenter, der bidrager meget mere til tætheden, er mørkt stof (22,6%) og mørk energi (73%). Bidraget fra relativistiske partikler [1] , det vil sige fotoner af mikrobølgebaggrunden, er i øjeblikket ekstremt lille: 0,0050 % [2] .

Numerisk værdi

Værdien af ​​den kritiske tæthed afhænger af værdien af ​​Hubble-konstanten :

hvor

Når den kritiske tæthed (og andre kosmologiske parametre) skrives, bruges den dimensionsløse Hubble-konstant h ofte , defineret som h = H /(100 (km/s)/ Mpc ) . I disse notationer [3]

desuden afhænger koefficienterne i disse udtryk ikke af tid, i modsætning til H og h .

Med værdien af ​​Hubble-konstanten i den moderne epoke H 0 = 70,4±2,5 (km/s)/Mpc (eller 2,282⋅10 −18 s −1 ), som bedst beskriver de tilgængelige observationsdata for 2012 [3] [4 ] er den kritiske densitet ρ с lig med 9,31⋅10 −27 kg/m 3 (eller 5,20⋅10 −6 GeV /cm 3 ). Givet at massen af ​​nukleonet (og massen af ​​brintatomet) er omtrent lig med 0,94 GeV, svarer den kritiske tæthed til 5,5 brintatomer pr. kubikmeter.

Se også

• Kosmologiske modeller
• Planck tæthed

Noter

1. ↑ Den relativistiske komponent i den moderne æra omfatter kun fotoner af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, da de relikte neutrinoer har en masse, der er tilstrækkelig til at bremse til ikke-relativistiske hastigheder ved deres nuværende temperatur.
2. ↑ The Cosmological Parameters Arkiveret 14. november 2012 på Wayback Machine // I: J. Beringer et al. (Partikeldatagruppe), Gennemgang af partikelegenskaber Arkiveret 7. september 2017 på Wayback Machine . Phys. Rev. D86, 010001 (2012).
3. ↑ 1 2 Big-Bang Cosmology Arkiveret 14. november 2012 på Wayback Machine . 21.1.4. Definition af kosmologiske parametre // I: J. Beringer et al. (Partikeldatagruppe), Gennemgang af partikelegenskaber Arkiveret 7. september 2017 på Wayback Machine . Phys. Rev. D86, 010001 (2012).
4. ↑ Syvårige Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) observationer: Himmelkort, systematiske fejl og grundlæggende resultater Arkiveret 2012-08-16 .  (Engelsk)

Links

• Hjemmeside om moderne kosmologi . Arkiveret fra originalen den 22. august 2011. (ubestemt)
• Forelæsninger om generel astrofysik for fysikere på Astronets hjemmeside