Energía oscura, materia oscura y la expansión del Universo [cerrado]

Hay muchas razones por las que no es posible que la materia oscura se desintegre en energía oscura a medida que baja la temperatura. @Lawrence Crowell explicó la mayoría de las razones importantes, y que las dos, la materia oscura y la energía oscura, son dos cosas muy diferentes sin relación entre sí. Esto se suma, con suerte, a las razones o por qué son así.

1) La materia oscura existe en grupos, como afirma correctamente Lawrence. Esos grupos están alrededor de las galaxias. La materia oscura está alrededor de donde hay otra materia visible, y de hecho se calcula que su atracción gravitacional ayudó a formar las galaxias y las estrellas. Es más frecuente que la materia visible, por un factor de aproximadamente 6-7. La materia total en el universo es alrededor del 30% de la masa-energía total del universo, con materia visible alrededor del 4-5%, 24-25% de materia oscura. En general, promediando la densidad de ambos tipos de materia sobre múltiples galaxias y cúmulos, digamos sobre distancias de unos 300 millones de años luz (promediando así las galaxias y el espacio entre ellas), esa densidad promedio o cosmológica de materia oscura, y también de visible la materia, es la misma, o constante, en todo el universo observable. Eso se dice como el asunto, en el grande,

Además, la cantidad total de materia es aproximadamente constante en el universo, a lo largo del tiempo. A medida que el universo se expande, esa misma materia total (incluida la visible y la oscura) se diluye más a medida que aumenta el tamaño del universo. Por lo tanto, la densidad disminuye, ya que$1/R^3$. Entonces, sí, la densidad disminuye, pero la cantidad total de materia (densidad X volumen) permanece igual. Esto ha sido observado por observación y es perfectamente consistente con el modelo estándar de expansión cosmológica. Por lo tanto, no se ha observado que la materia oscura haya disminuido. No podría haberse convertido en energía oscura.

2) Se ha cartografiado la acumulación de materia oscura alrededor de las galaxias. Podemos medir su densidad dentro y en el halo de las galaxias, y mapearla como muy pequeña o nula entre ellas. Tiene masa y gravita (atrae otra materia y energía). Es la razón por la que ayudó a formar galaxias y estrellas. Se cree que son partículas que interactúan muy débilmente (aparte de la gravedad) que fueron restos de las súper altas densidades y temperaturas poco después del Big Bang. Todavía no han encontrado las partículas reales, se cree que lo más probable es que sean WIMPS, partículas masivas de interacción débil. Que de ellos estén pasando por la tierra y por nosotros en cualquier momento. Los están buscando. Pero nada indica que estén desapareciendo y convirtiéndose en energía oscura. O viceversa, no lo vemos aumentar.

3) Lawrence cubre extensamente la energía oscura. Se estima que tiene la misma densidad ahora y en el pasado y, de hecho, la cantidad total aumenta a medida que el universo se expande y se crea más espacio y volumen. Es aproximadamente el 70% de la masa-energía del universo, la densidad es constante y, por lo tanto, la energía oscura total aumenta con el volumen del universo, es decir, como$R^3$. A medida que aumenta, la tasa de expansión del universo aumenta: la expansión de nuestro universo se está acelerando. La energía oscura no puede estar disminuyendo, todas nuestras observaciones y medidas son consistentes con lo que Lawrence y yo describimos. Sabemos que la aceleración en épocas anteriores era menor: cuando observamos las galaxias de hace 5000 millones de años luz, vemos cómo eran hace 5000 millones de años. Entonces podemos ver la aceleración con el tiempo, y es consistente con que la densidad de la materia oscura sea constante y el total aumente con el volumen del universo.

4) Sí, la energía oscura es más misteriosa que la materia oscura y una bestia totalmente diferente. Como dice Lawrence, lo más probable es que algún campo cuántico surja de la propiedad cuántica del espacio-tiempo, o dicho de manera más intuitiva, la energía real del espacio. La gente está buscando indicios de lo que podría ser, pero ni siquiera existe una buena teoría del espacio-tiempo cuántico, o como suele llamarse, la gravedad cuántica. Algunas especulaciones cuánticas son que son las fluctuaciones del vacío del espacio vacío. Desear que desaparezca haciendo que se descomponga en materia oscura no es una posibilidad, no se descompone ni disminuye ni se convierte en nada que podamos descifrar.

Puedes buscar en Wikipedia energía oscura y materia oscura, y la expansión del universo, te dirá más. Esperemos que esto ayude a comprender los hechos simples y la razón de lo que se describe para esas dos entidades oscuras.

Una gran diferencia entre la energía oscura y la materia oscura es su distribución en el espacio. La energía oscura es una energía de vacío que define la constante cosmológica.$\Lambda~=~8\pi G\rho/c^2$, que si muy pequeño. Hasta ahora, la energía oscura parece ser absolutamente homogénea e isotrópica en distribución. Parece ser algo intrínseco a la estructura de vacío del universo. La materia oscura, por el contrario, no es homogénea y existe en grupos. El cúmulo de galaxias Bullet se debe a una colisión de dos cúmulos de galaxias, y la materia luminosa se ha agrupado y ralentizado, mientras que la materia oscura de estos continúa moviéndose. La materia oscura es observada por la lente de Einstein de fuentes distantes. El clúster Abell 520 tiene firmas similares.

La materia oscura probablemente se deba a algún tipo de partícula o campo. Lo más probable es que la energía oscura sea una manifestación del vacío cuántico, aunque los detalles no se conocen bien. Existe una teoría de Steinhardt llamada quintaesencia que establece el campo escalar que define la constante cosmológica$\Lambda~=~\Lambda(\phi,~\partial\phi)$es una especie de campo de partículas que tiene variaciones. La constante cosmológica tiene$p~=~w\rho$para$\rho$la energía del vacío y$p$presión. Actualmente se cree que esto tiene una constante$w~=~-1$, pero qunitessence tiene

$$w~=~\frac{p}{\rho}~=~\frac{1/2\dot Q^2~-~V(Q)}{1/2\dot Q^2~+~V(Q)},$$ para $Q$este campo por excelencia. Esto significa que el término cosmológico $\Lambda$es una variable dinámica con el tiempo y el espacio. La derivada del tiempo es $d/ds$se expande en variables de coordenadas, lo que significa que este campo de quintaesencia es dinámico. Algunos interpretan la materia oscura de esta manera.

La quintaesencia en gran medida no se toma con mucha fuerza. Algunos datos cosmológicos no apoyan fuertemente esta hipótesis. Uno podría preguntarse por qué en el espacio vacío tenemos$w~\simeq~-1$, pero cerca de galaxias, cúmulos de galaxias y halos uno tendría entonces$w~>~0$con presión positiva que se comporta como materia.

El hecho es que nadie sabe qué son la materia oscura y la energía oscura. Son nombres dados a las causas de dos fenómenos diferentes.

La materia oscura es el nombre que se le dio originalmente a la entidad que causa la curva de rotación uniforme de las galaxias espirales. También terminó explicando las rotaciones de los cúmulos, el exceso de lentes gravitacionales, etc. Por lo tanto, es un nombre que se usa para el exceso de gravedad que no se puede atribuir a la materia visible o bariónica. Si lo llamáramos materia transparente, o materia invisible, o materia no detectada, no habría ninguna diferencia. Hasta el momento no sabemos qué es en realidad. Esto es algo que GR no predijo. Además de ser invisible/transparente, tampoco es interactivo por contacto físico. Solo interactúa a través de la gravedad (hasta que sea detectado). Es por ello que aún no ha sido posible detectarlo. También es "frío", lo que significa que no interactúa con las ondas EM y, por lo tanto, no emite ni absorbe ninguna radiación. Estas propiedades (ser transparente,

Dark Energy es el nombre que se le da a la entidad que hace que el universo se expanda (puede ser a un ritmo acelerado en los tiempos actuales). La misma historia aquí: no sabemos qué es. Si lo llamamos de otra manera, no cambiaría nada. Es por eso que algunas personas se refieren a ella como constante cosmológica. Entonces, esto posiblemente fue predicho por GR y luego se retractó.

Debido a que los efectos son tan opuestos (exceso de gravedad versus gravedad negativa), es poco probable que uno cambie al otro.

La energía oscura ya es aceptada por la mayoría como una propiedad del espacio.

Hasta que se detecte y pruebe, no debería haber ningún problema en considerar la materia oscura, un estado de espacio vacío.

Para evitar confusiones, necesitamos nombres consistentes, por lo tanto, materia oscura y energía oscura son los nombres utilizados.