Expansión de energía oscura

¿Cosmos está usando en serio ese número exacto? Egads... si lo son, no te lo tomes demasiado en serio, pero de lo contrario probablemente sean conceptualmente correctos.

¿Cómo sabemos que era energía oscura?

En cosmología, el modelo ΛCDM ajusta numerosas observaciones, sobre todo las observadas por el satélite WMAP , pero también otras, a la familia de soluciones de la relatividad general de Friedmann-Robertson-Walker, que describen un universo homogéneo e isotrópico. Él$\Lambda$se refiere a la constante cosmológica, que es el modelo más simple de energía oscura, y es equivalente a una densidad de energía intrínseca del vacío; por lo tanto, debe ser invariante de Lorentz, y dado que el tiempo y el espacio se mezclan en una transformación de Lorentz, el único La forma de que eso sea así es que su presión sea exactamente igual a la negativa de su densidad de energía. Con$\Lambda>0$, la presión es negativa, y esto es lo que es responsable de la aceleración gravitacional hacia el exterior del universo.

Dado que no podemos definir o detectar la energía oscura, ¿por qué creemos que esta es la causa?

La constante cosmológica se definió ocho décadas antes del descubrimiento de la aceleración cósmica, y creemos que es la causa porque es teóricamente muy simple y se ajusta a las observaciones. Sin embargo, hay otros modelos para la energía oscura.

¿Cómo sabemos que ocurrió esta nueva aceleración?

La evolución cosmológica está descrita por las ecuaciones de Friedmann , que tiene como principal aporte la radiación, la materia y la energía oscura, además de la curvatura espacial del universo. A medida que el universo se expande, tanto la radiación como la materia se diluyen, pero la energía oscura no. Por lo tanto, si el universo continúa expandiéndose, la proporción de energía oscura se vuelve dominante sobre la radiación y la materia.

Lo más probable es que el artículo sea simplemente una referencia exagerada a la transición entre la era dominada por la materia y la era dominada por la energía oscura . el numero particular$6,771,500,000$años parece cómicamente preciso para gran parte de cualquier cosa en cosmología, pero dado que el mejor ajuste de nueve años WMAP + eCMB + BAO + H₀ (ver enlace WMAP arriba) para la edad del universo es$13.772\pm0.059\,\mathrm{Ga}$, propongo la siguiente explicación:

1. El autor escucha que la edad del universo es$13.772$mil millones de años, e ignora por completo cualquier límite de error en esa estimación.
2. El autor escucha de algún otro lugar que la era dominada por la energía oscura comenzó cuando el universo estaba alrededor.$7$mil millones de años, y nuevamente trata este número como exacto.
3. El autor luego resta los dos.

Esto explica todo menos el último$0.5\,\mathrm{Ma}$, que alrededor de una diezmilésima. Concluyo que mi teoría del origen del número concuerda bastante bien con la evidencia empírica de las palabras del autor. Quizás el$0.5$ya que el siguiente dígito se racionalizó como una especie de punto medio en la mente del autor.

En cuanto a donde$7$mil millones de años viene, tengo dos conjeturas.

1. En cosmología, el parámetro de Hubble a veces se considera sin unidades, al escalar a$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$. Por ejemplo, a veces decimos que$h = 0.704$cuando queremos decir que$H_0 = 70.4\,\mathrm{km/s/Mpc}$. Por lo tanto,$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$es una especie de estándar de comparación de facto. Puede ser una coincidencia, pero es bastante sospechoso que si uno ignora la contribución de la radiación (que es justificable, ya que es insignificante excepto en el universo muy primitivo) y pretende que$H_0 = 100\,\mathrm{km/s/Mpc}$, entonces la edad del universo cuando las densidades de materia y energía oscura son iguales sería $$\frac{2\ln(1+\sqrt{2})}{3\sqrt{1-\Omega_\text{M}}}\frac{1}{H_0}\bigg\vert_{\Omega_\text{M} = 0.2865} \approx 0.70H_0^{-1}\bigg\vert_{h = 1.0} \approx 6.8\,\mathrm{Ga}$$ Estoy usando la referencia de Ryden dada en wiki para la era dominada por la materia anterior. Por lo tanto, creo que alguien hizo una estimación usando un buen número redondo para el parámetro de Hubble y lo redondeó a$7$mil millones de años.
2. La transición entre dominado por la materia y dominado por la energía oscura es una cuestión de convención un tanto arbitraria. Podríamos entenderlo cuando las densidades de materia y energía oscura son iguales, como se indicó anteriormente, pero en la escala cosmológica, la presión es tres veces más importante que la densidad de energía (cf. Ecuaciones de Friedmann). Por lo tanto, podríamos tomarlo como el momento en que la densidad de la materia era el doble de la densidad de la energía oscura. Esto sería antes de la$9.8\,\mathrm{Ga}$dado en la referencia de Ryden, pero podría decirse que es más apropiado porque las ecuaciones de Friedmann predecirían una aceleración cero, es decir, sería la transición entre la aceleración hacia adentro y hacia afuera. No he calculado cuándo sería eso, pero este tipo de borrosidad convencional podría ser responsable de la discrepancia entre las páginas de la era dominada por la materia del wiki y las páginas de la era dominada por la energía oscura . Aunque este último afirma$5\,\mathrm{Ga}$en cambio, en lugar de$7\,\mathrm{Ga}$(pero no explica la fuente).

Entonces, Cosmos puede o no tener razón acerca de que la era dominada por la energía oscura comenzó cuando el universo aproximadamente$7$mil millones de años, pero concluyendo que sucedió$6.7715\,\mathrm{Ga}$hace ciertamente está tomando algunos números como demasiado exactos para ser justificables.

¿Algo en el corrimiento al rojo?

Creo que en este punto es mejor que haga una pregunta por separado sobre problemas específicos con el modelo ΛCDM, si tiene alguno. Para los propósitos de esta pregunta, estoy tomando ΛCDM como un hecho, como casi seguro que Cosmos también lo está haciendo.

Sí, son muchas preguntas, pero la pregunta principal es ¿cómo sabemos que ocurrió una expansión acelerada en ese momento?

El modelo cosmológico estándar es que la energía oscura es una constante cosmológica. Por lo tanto, su densidad de energía no cambia. Entonces resulta sencillo que, en algún momento, la expansión cosmológica hace que la materia se diluya demasiado para competir con la energía oscura, que es cuando la energía oscura comienza a dominar. Estuvo allí todo el tiempo, pero antes de eso, la materia era lo suficientemente densa como para ser dominante en su lugar.