Parametro di decelerazione - Deceleration parameter

Il parametro di decelerazione in cosmologia è una adimensionale misura della accelerazione cosmica della espansione dello spazio in un universo Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker . È definito da:

dove è il fattore di scala dell'universo ei punti indicano le derivate in base al tempo appropriato . Si dice che l'espansione dell'universo "acceleri" se (misurazioni recenti suggeriscono che lo sia), e in questo caso il parametro di decelerazione sarà negativo. Il segno meno e il nome "parametro di decelerazione" sono storici; al momento della definizione ci si aspettava che fosse negativa, quindi è stato inserito un segno meno nella definizione per renderla positiva in quel caso. Poiché le prove per l' accelerazione dell'universo nell'era 1998-2003, ora si crede che sia positivo quindi il valore attuale è negativo (sebbene fosse positivo in passato prima che l'energia oscura diventasse dominante). In generale varia con il tempo cosmico, tranne che in alcuni modelli cosmologici speciali; il valore attuale è indicato .

L' equazione dell'accelerazione di Friedmann può essere scritta come

dove la somma si estende sui diversi componenti, materia, radiazione ed energia oscura, è la densità di massa equivalente di ciascun componente, è la sua pressione ed è l' equazione di stato per ogni componente. Il valore di è 0 per la materia non relativistica (barioni e materia oscura), 1/3 per la radiazione e -1 per una costante cosmologica ; per un'energia oscura più generale può differire da −1, nel qual caso è indicato o semplicemente .

Definendo la densità critica come

e i parametri di densità , sostituendo nell'equazione dell'accelerazione dà

dove i parametri di densità sono all'epoca cosmica rilevante. Al giorno d'oggi è trascurabile, e se (costante cosmologica) questo si semplifica a

dove i parametri di densità sono valori attuali; con Ω Λ + Ω m ≈ 1, e Ω Λ = 0,7 e quindi Ω m = 0,3, questo vale per i parametri stimati dai dati della sonda Planck . (Si noti che la CMB, come misura ad alto spostamento verso il rosso, non misura direttamente ; ma il suo valore può essere dedotto adattando modelli cosmologici ai dati CMB, quindi calcolando dagli altri parametri misurati come sopra).

La derivata temporale del parametro Hubble può essere scritta in termini di parametro di decelerazione:

Tranne nel caso speculativo dell'energia fantasma (che viola tutte le condizioni energetiche), tutte le forme postulate di energia di massa producono un parametro di decelerazione Pertanto, qualsiasi universo non fantasma dovrebbe avere un parametro di Hubble decrescente, tranne nel caso del lontano futuro di un modello Lambda-CDM , dove tenderà a −1 dall'alto e il parametro Hubble sarà asintotico ad un valore costante di .

I risultati di cui sopra implicano che l'universo decelererebbe per qualsiasi fluido cosmico con equazione di stato maggiore di (qualsiasi fluido che soddisfi la condizione di energia forte lo fa, così come qualsiasi forma di materia presente nel Modello Standard , ma escludendo l'inflazione). Tuttavia le osservazioni di supernove di tipo Ia distanti indicano che è negativo; l'espansione dell'universo sta accelerando. Questa è un'indicazione che l'attrazione gravitazionale della materia, su scala cosmologica, è più che contrastata dalla pressione negativa dell'energia oscura , sotto forma di quintessenza o di costante cosmologica positiva .

Prima delle prime indicazioni di un universo in accelerazione, nel 1998, si pensava che l'universo fosse dominato da materia con una pressione trascurabile, questo implicava che il parametro di decelerazione sarebbe stato uguale a , ad esempio per un universo con o per una bassa densità zero- Modello Lambda. Lo sforzo sperimentale per discriminare questi casi con supernovae si è rivelato effettivamente negativo , prova dell'accelerazione cosmica, che in seguito si è rafforzata.

Riferimenti