Tanya Ethan No. 52: Berapa lama ekspansi jagat raya mulai berakselerasi?
Kita dilahirkan beberapa miliar tahun sebelumnya, kita tidak akan tahu tentang itu
Pada akhirnya, "Alam Semesta" adalah sebuah hipotesis, seperti "atom", dan itu harus diberikan kebebasan untuk memiliki sifat, untuk melakukan hal-hal yang bertentangan dan tidak mungkin untuk struktur material akhir.
-William de Sitter
Selama setahun sekarang, setiap minggu, saya meminta Anda untuk mengirimi saya pertanyaan dan saran, dan saya memilih yang saya sukai untuk kolom mingguan "Tanya Ethan". Kami membahas topik-topik dari skala terkecil hingga skala terbesar, dari urusan duniawi hingga ruang angkasa, dan dari awal Semesta hingga akhirnya. Minggu ini, Hems Azri bertanya kepada saya tentang ini:Mencoba mencari tahu apakah ada data pengamatan baru tentang fase percepatan Alam Semesta! Kapan itu dimulai?
Mari kita bicara tentang alam semesta dan perluasannya.
Kurang dari 100 tahun yang lalu, kami mengetahui bahwa nebula spiral di langit kita bukanlah protostars yang muncul di galaksi kita, tetapi seluruh galaksi yang terletak dari kita pada jarak dari jutaan hingga miliaran tahun cahaya. Hampir segera, kami menyadari bahwa ada hubungan yang menakjubkan antara jarak ke galaksi dan kecepatannya relatif terhadap kami.
Walaupun Teori Relativitas Umum pada waktu itu memiliki beberapa solusi tepat, salah satunya menggambarkan Semesta dengan sangat baik: alam semesta yang mengembang, homogen pada skala terbesar. Meskipun Alam Semesta kita tidak begitu homogen pada skala dari beberapa puluh hingga jutaan tahun cahaya, mempelajari skala puluhan miliar tahun cahaya, kita melihat bahwa penyimpangan dari homogenitas sangat kecil. Rata-rata, solusi ini - metrik Friedman-Lemetre-Robertson-Walker - menggambarkan Semesta lebih baik daripada yang lain.
Dia memberi tahu kita bahwa ruang antara galaksi - atau antara struktur apa pun yang tidak terhubung satu sama lain atau bahkan dengan struktur yang lebih besar karena gravitasi - harus mengembang. Jika kita ingin tahu bagaimana ia berkembang, yaitu, dengan kecepatan berapa, kita perlu tahu dua hal:- tingkat ekspansi setiap saat
- jenis dan proporsi materi dan energi hadir di alam semesta
Dan itu dia! Jika kita mengenali dua poin ini, kita akan dapat memahami nasib Alam Semesta dan kecepatan ekspansi, yang dulu, sedang dan akan, kapan saja, dimulai dengan Big Bang.
Poin pertama cukup sederhana, dan kami memiliki banyak cara untuk menyelesaikan masalah ini. Mempelajari keterpencilan berbagai objek di Semesta dan kecepatannya untuk dihilangkan dari kita, kita bisa mengetahui kecepatan ekspansi hari ini. Ini satu poin, tetapi mudah untuk dihitung. Meskipun ada kontroversi tentang kecepatan tepatnya di tahun 1990-an, kami sekarang telah menetapkan bahwa itu adalah sekitar 67 km / s / Mpc (di mana Mpc sekitar 3.260.000 tahun cahaya) dengan akurasi 2-3 km / s / Mpc.Kami memperoleh jawaban untuk pertanyaan kedua dari kombinasi pengamatan objek dari berbagai jenis, termasuk objek yang jauh seperti supernova, radiasi gelombang mikro kosmik, struktur skala besar, dan getaran akustik baryon.
Dan sebagai hasilnya, ternyata komposisi Alam Semesta kira-kira sebagai berikut:- 0,01% - foton, atau radiasi dalam bentuk cahaya
- 4,9% - materi biasa berdasarkan proton, neutron, elektron
- 27% - materi gelap, termasuk neutrino, yang di dalamnya mengandung 0,1% total, dan sisanya tidak diketahui
- 68% - energi gelap, yang, menurut pengamatan kami, tidak berbeda dari konstanta kosmologis
Dari ini, sejauh yang kita tahu, Semesta terdiri dari.
Berbicara tentang percepatan Alam Semesta, kami bermaksud sesuatu yang konkret. Kami tidak bermaksud bahwa laju ekspansi saat ini, 67 km / s / Mpc, meningkat. Bayangkan sebuah galaksi yang jauh di kejauhan dari kita. Biar jarak 10 Mpc, maka kecepatan ekspansi akan menjadi 670 km / s.
Dengan kecepatan seperti itu, galaksi tertentu bergerak menjauh dari kita. Ketika alam semesta mengembang, ia menjadi kurang padat, dan kepadatan energinya berkurang. Karena laju ekspansi tergantung pada kepadatan energi, ia juga turun. Tetapi karena Semesta telah berkembang selama ini, galaksi yang kita ikuti akan bergerak lebih jauh dari kita.Pikirkan tentang hal ini: kecepatan ekspansi di masa depan lebih rendah, tetapi objek tertentu jauh dari kita. Jika kita perlu menghitung kecepatan nyata dari objek saat kita bergerak ke masa depan, kita perlu mengalikan dua angka ini, jadi pertanyaannya adalah, apa yang berubah lebih cepat - apakah kecepatan ekspansi berkurang atau apakah jarak ke objek meningkat?
Dan ini tergantung pada berapa persen energi Semesta dalam bentuk materi dan radiasi, kepadatannya berkurang seiring waktu, dan berapa persen yang terkandung dalam bentuk konstanta kosmologis, yang kepadatannya tetap tidak berubah. Mari kita lihat bagaimana materi, radiasi dan energi gelap (konstanta kosmologis) berubah seiring waktu.
Sekarang energi gelap mendominasi di Alam Semesta, oleh karena itu kecepatan ekspansi tidak turun secepat jarak meningkat: pada saat kecepatan ekspansi turun 10%, objek akan dua kali lebih jauh dari kita daripada sekarang - yaitu, itu mempercepat. Tetapi di masa lalu, alam semesta memiliki energi gelap yang jauh lebih sedikit sebagai persentase, dan jauh lebih banyak materi. Dan bahkan lebih awal, radiasi menang atas mereka. Ketika ada lebih banyak materi atau radiasi, kecepatan ekspansi turun lebih cepat, dan Semesta melambat. Saat ini, 13,8 miliar tahun setelah kelahiran, hanya relatif baru ada saat ketika benda-benda bergerak dari kami mulai melakukan ini dengan percepatan!
Secara matematis, transisi dari perlambatan yang dihadapi Alam Semesta selama beberapa miliar tahun pertama ke percepatan yang telah terjadi selama beberapa miliar tahun terakhir terjadi ketika kepadatan energi gelap mencapai setengah kepadatan total materi. Sekarang ia baru saja melewati batas dua kali lipat kepadatan materi, oleh karena itu, akselerasi telah berlangsung lama, karena ukuran Semesta adalah 62% dari yang sekarang. Setelah sedikit perhitungan dan beralih ke astrofisika, kita dapat menghitung usia Alam Semesta tempat ia melewati titik kritis - ternyata ini terjadi ketika berusia 7,8 miliar tahun, atau sekitar 6 miliar tahun lalu - 1,5 miliar tahun sebelum pembentukan Matahari sistem.Jika kita memeras seluruh sejarah Alam Semesta menjadi satu tahun kalender, maka awal percepatan Alam Semesta akan jatuh pada 27 Juli.
Angka ini sangat sensitif terhadap perubahan kecil dalam parameter densitas materi, energi gelap, dan laju ekspansi. Jika Anda mengubahnya 2-3%, waktu akhir deselerasi dan awal akselerasi dapat berubah 1-2 miliar tahun! Energi gelap tidak mendominasi Semesta selama 1,9 miliar tahun lagi (ingat, pada saat transisi dari deselerasi ke akselerasi, jumlahnya setengah dari materi), dan 4 lainnya harus dilewati,! Satu miliar tahun sebelum mencapai jumlah hari ini, ketika itu dua kali lipat dari masalah.Tapi di sini kita hidup di jagat raya yang begitu cepat, dan saat itulah transisi terjadi! Terima kasih atas pertanyaan hebat, dan jika Anda punya ide, kirim ke kolom kami. Minggu depan akan dimulai tahun kedua kehidupannya.Source: https://habr.com/ru/post/id395005/
All Articles