Expansion de l'énergie sombre

Les nouvelles fonctionnalités supplémentaires de Cosmos mentionnent qu'il y a environ 6 771 500 000 ans, l'univers a commencé une expansion accélérée. Comment savons-nous cela? Quelles preuves avons-nous de cette expansion renouvelée et accélérée?

Du calendrier cosmique interactif sur le nouveau bluray Cosmos, dates ci-dessus tirées de la rubrique

Jusqu'à [maintenant], la gravité ralentissait l'expansion de l'univers, mais soudain, une force mystérieuse et inconnue que nous appelons l'énergie sombre prend le dessus, l'expansion de l'univers commence à s'accélérer

Comment savons-nous que c'était de l'énergie noire? Étant donné que nous ne pouvons pas définir ou détecter l'énergie noire, pourquoi croyons-nous que c'est la cause? Comment savons-nous même que cette nouvelle accélération s'est produite? Quelque chose dans le décalage rouge? Y a-t-il un écart dans le décalage vers le rouge dans les choses que nous pouvons voir qui impliquerait une expansion lente puis une expansion rapide? S'il y a un écart, pourquoi l'énergie noire est-elle la seule explication? Ou y a-t-il d'autres théories?

Oui, c'est beaucoup de questions, mais la question principale est de savoir comment savons-nous qu'une expansion accélérée s'est produite à ce moment-là? le reste des questions en découle, principalement en demandant des données pour étayer les revendications, pour ou contre

Est-ce que Cosmos utilise sérieusement ce nombre exact? Egads ... s'ils le sont, ne le prenez pas trop au sérieux, mais sinon ils sont probablement conceptuellement corrects.

Comment savons-nous que c'était de l'énergie noire?

En cosmologie, le modèle ΛCDM adapte de nombreuses observations, notamment celles observées par le satellite WMAP , mais aussi d'autres, à la famille de solutions de relativité générale Friedmann-Robertson-Walker, qui décrivent un univers homogène et isotrope. Le fait référence à la constante cosmologique, qui est le modèle le plus simple de l'énergie sombre, et équivaut à une densité d'énergie intrinsèque du vide - par conséquent, elle doit être invariante de Lorentz, et puisque le temps et l'espace se mélangent dans une transformation de Lorentz , le seul moyen pour qu'il en soit ainsi est que sa pression soit exactement égale au négatif de sa densité d'énergie. Avec$\Lambda$$\Lambda>0$, la pression est négative, et c'est ce qui est responsable de l'accélération gravitationnelle vers l'extérieur de l'univers.

Étant donné que nous ne pouvons pas définir ou détecter l'énergie noire, pourquoi croyons-nous que c'est la cause?

La constante cosmologique a été définie huit décennies avant la découverte de l'accélération cosmique, et nous pensons que c'est la cause parce qu'elle est théoriquement très simple et qu'elle correspond aux observations. Il existe cependant d'autres modèles pour l'énergie sombre.

Comment savons-nous même que cette nouvelle accélération s'est produite?

L'évolution cosmologique est décrite par les équations de Friedmann , qui ont la principale contribution du rayonnement, de la matière et de l'énergie sombre, en plus de la courbure spatiale de l'univers. À mesure que l'univers se développe, le rayonnement et la matière se diluent, mais pas l'énergie sombre. Par conséquent, si l'univers continue de s'étendre, la proportion d'énergie sombre devient dominante à la fois sur le rayonnement et la matière.

Très probablement, l'article est simplement une référence exagérée à la transition entre l' ère dominée par la matière et l' ère dominée par l' énergie sombre . Le nombre particulier de 6 ans semble comiquement précis pour presque tout dans la cosmologie, mais depuis le WMAP + eCMB + BAO + H₀ le mieux adapté sur neuf ans (voir le lien WMAP ci-dessus) pour l'âge de l'univers est , je propose l'explication suivante:$6,771,500,000$$13.772\pm0.059\,\mathrm{Ga}$

1. L'auteur apprend que l'âge de l'univers est de milliards d'années, et ignore complètement toute limite d'erreur sur cette estimation.$13.772$
2. L'auteur apprend d'ailleurs que l'ère dominée par l'énergie sombre a commencé lorsque l'univers avait environ milliards d'années, et traite à nouveau ce nombre comme exact.$7$
3. L'auteur soustrait ensuite les deux.

Cela représente tout sauf le dernier , qui représente environ un dix-millième. Je conclus que ma théorie de l'origine du nombre s'accorde assez bien avec la preuve empirique des mots de l'auteur. Peut-être que le comme chiffre suivant a été rationalisé comme une sorte de point médian dans l'esprit de l'auteur.$0.5\,\mathrm{Ma}$$0.5$

Quant à l'origine de milliards d'années, j'ai deux suppositions.$7$

1. En cosmologie, le paramètre Hubble est parfois considéré comme sans unité, en évoluant à . Par exemple, nous disons parfois que lorsque nous voulons dire que . Ainsi, est une sorte de standard de comparaison de facto. Ce pourrait être une coïncidence, mais il est plutôt suspect que si l'on ignore la contribution du rayonnement (ce qui est justifiable, car il est négligeable sauf dans le tout premier univers) et prétend que , alors l'âge de l'univers où les densités de matière et d'énergie sombre sont égales serait $100\,\mathrm{km/s/Mpc}$$h = 0.704$$H_0 = 70.4\,\mathrm{km/s/Mpc}$$100\,\mathrm{km/s/Mpc}$$H_0 = 100\,\mathrm{km/s/Mpc}$ $$\frac{2\ln(1+\sqrt{2})}{3\sqrt{1-\Omega_\text{M}}}\frac{1}{H_0}\bigg\vert_{\Omega_\text{M} = 0.2865} \approx 0.70H_0^{-1}\bigg\vert_{h = 1.0} \approx 6.8\,\mathrm{Ga}$$ J'utilise la référence Ryden donnée dans le wiki pour l'ère dominée par la matière ci-dessus. Ainsi, je pense que quelqu'un a fait une estimation en utilisant un joli chiffre rond pour le paramètre Hubble et arrondi à milliards d'années.$7$
2. La transition entre dominé par la matière et dominé par l'énergie sombre est une question de convention quelque peu arbitraire. On pourrait le considérer comme moyen lorsque les densités de matière et d'énergie sombre sont égales, comme ci-dessus, mais à l'échelle cosmologique, la pression est trois fois plus importante que la densité d'énergie (cf. équations de Friedmann). Ainsi, nous pourrions plutôt le prendre comme le moment où la densité de matière était le double de la densité d'énergie sombre. Ce serait plus tôt que le donné dans la référence Ryden, mais sans doute plus approprié parce que les équations de Friedmann prédiraient une accélération nulle, c'est-à-dire que ce serait la transition entre l'accélération vers l'intérieur et vers l'extérieur. Je n'ai pas calculé quand ce serait, mais ce genre de flou conventionnel est peut - être$9.8\,\mathrm{Ga}$être responsable de la différence entre l' ère dominée par la matière du wiki et les pages de l' ère dominée par l'énergie sombre . Bien que ce dernier réclame place, plutôt que (mais cela n'explique pas la source).$5\,\mathrm{Ga}$$7\,\mathrm{Ga}$

Donc, Cosmos peut ou non avoir raison à propos de l'ère dominée par l'énergie sombre commençant lorsque l'univers a environ milliards d'années, mais conclure qu'il s'est produit il y a est certainement en train de prendre des chiffres trop précis pour être justifiables .$7$$6.7715\,\mathrm{Ga}$

Quelque chose dans le décalage rouge?

Je pense qu'à ce stade, vous feriez mieux de poser une question distincte sur des problèmes spécifiques avec le modèle ΛCDM, si vous en avez. Aux fins de cette question, je prends ΛCDM comme une donnée, comme le fait certainement Cosmos également.

Oui, c'est beaucoup de questions, mais la question principale est de savoir comment savons-nous qu'une expansion accélérée s'est produite à ce moment-là?

Le modèle cosmologique standard est que l'énergie sombre est une constante cosmologique. Ainsi, sa densité d'énergie ne change pas. Il devient alors simple qu'à un moment donné, l'expansion cosmologique rend la matière trop diluée pour rivaliser avec l'énergie sombre, c'est-à-dire lorsque l'énergie sombre commence à dominer. Elle était là tout le temps, mais avant cela, la matière était suffisamment dense pour être dominante à la place.