Modelado de neutrinos en la ecuación de Friedmann

Estoy tratando de modelar neutrinos en la Ecuación de Friedmann. He cubierto el caso del Modelo Benchmark donde tenemos materia, radiación, curvatura y la constante cosmológica, Lambda. Sé que mi codificación de la ecuación de Friedmann funciona porque obtengo las gráficas correctas en diferentes parámetros, como verá adjunto a continuación.

Incluyendo los neutrinos, la ecuación de Friedmann se convierte en

H ( z ) 2 = H 0 2 [ ( Ω C + Ω b ) ( 1 + z ) 3 + Ω γ ( 1 + z ) 4 + Ω D mi ( 1 + z ) 3 ( 1 + w ) + Ω k ( 1 + z ) 2 + ρ v , t o t ( z ) ρ C r i t , 0 ] .

Para resolver la densidad de energía en función del factor de escala (o corrimiento al rojo), podemos resolver la densidad de energía mediante la siguiente expresión para la densidad de energía de una sola especie de neutrino:

ρ v ( T v ) = gramo ( 2 π ) 3 pag 2 + metro 2 mi pag / T v + 1 d 3 pag .

La densidad de energía crítica es 4870 Mev/m 3 . La densidad de energía de una sola especie se puede escribir en función del factor de escala escribiendo la temperatura en función del factor de escala. T es simplemente la expresión que se muestra a continuación dividida por a:Dependencia de la temperatura

En la ecuación 17, podemos escribir d 3 pag como 4 π pag 2 d pag y gramo = 2 para una especie de neutrino. Otra cosa a notar es que (17) está escrito en unidades naturales donde C = h = k = 1 . He tratado de arreglar las unidades y no importa lo que haga, el parámetro de densidad de las especies de neutrinos siempre es muy pequeño (orden de 10 9 ) donde debería estar entre 0.0013 y 0.007 de Ryden, Introducción a la ecuación de Cosmología (7.54).

Realmente esperaba que alguien pudiera ayudarme con la conversión de unidades de las unidades naturales a las unidades adecuadas. Todo lo demás que he descubierto, parece que no puedo arreglar las unidades para la ecuación (17).

Sin neutrinos, obtengo el siguiente gráfico que consta de varios modelos de universos, y son correctos, por lo que la codificación no es el problema. El problema es la conversión de unidades a unidades SI adecuadas de (17).

Modelos del universo

Una vez que descubra los neutrinos, quiero ver cómo afectan los modelos del universo. ¡Cualquier ayuda es muy apreciada!

¿Cuál es la ecuación (17)? ¿Qué has hecho tú mismo? No veo qué respuesta esperas. Su ecuación involucra la relación entre la densidad de neutrInos y la densidad crítica, por lo que no tiene unidades y no importa qué unidades use, siempre que sean consistentes. que valor de metro Tu estas usando. ¿Cómo has hecho la integral?
Lo sentimos, la ecuación 17 es la de la densidad de energía de las especies de neutrinos individuales; se cortó por alguna razón. Para los valores de m, sabemos que existe una restricción en la suma de las masas de los neutrinos, que es de aproximadamente 0,06 eV/c^2. Solo para verificar, asumo que para una sola especie de neutrino, la masa es 0.02eV/c^2. Estoy de acuerdo con su declaración de que la proporción no tiene unidades. Sin embargo, no estoy seguro de cuáles son las unidades de (17). Como usaron unidades naturales, establecieron c=h=k=1, por lo que las unidades no son consistentes en la razón. Nunca me he encontrado con unidades naturales, así que no sé cómo arreglar (17) para que tengamos MeV/m^3.
@RobinDhillon Tome todo en las mismas unidades, como eV.

Respuestas (1)

La densidad de energía de un gas de Fermi es

ρ v = ρ ( pag )   d pag = mi ( pag ) F ( pag ) gramo ( pag )   d pag
ρ v = ( pag 2 C 2 + metro 2 C 4 ) ( Exp ( mi / k B T ) + 1 ) 1 ( gramo s 4 π pag 2 / h 3 )   d pag
en unidades de energía por unidad de volumen.

Antes del desacoplamiento de neutrinos en k B T 1 MeV, los neutrinos son ultrarrelativistas con pag C metro v C 2 . Después del desacoplamiento, la forma de la función de índice de ocupación F ( pag ) no cambia - entonces F ( pag ) = ( pag C / k B T v + 1 ) 1 en la evolución posterior.

De este modo

ρ v = gramo s C h 3 pag 2 + metro v 2 C 2 Exp ( pag C / k B T v ) + 1   4 π pag 2   d pag

no entiendo donde tu ( 2 π ) 3 proviene, además de sugerir que el sistema de unidades es en realidad = 1 .