Критическая плотность (космология)
Крити́ческая пло́тность Вселе́нной Шаблон:Math — выделенное значение плотности материи (вещества и энергии) Вселенной, от которого зависят глобальные геометрические свойства вселенной в космологических моделях.
В частности, если средняя плотность Вселенной меньше или равна критической, то реализуется бесконечнаяШаблон:Нет АИ вселенная. Если же плотность больше критической — то пространство Вселенной оказывается конечным:
- Шаблон:Math — пространство с отрицательной кривизной, открытая вселенная;
- Шаблон:Math — плоская, открытаяШаблон:Нет АИ вселенная;
- Шаблон:Math — положительная кривизна пространства, вселенная замкнута.
По данным WMAP, наблюдаемая Вселенная является плоской (в пределах погрешности). Исходя из этого, согласно модели Фридмана, средняя плотность Вселенной равна критической: Шаблон:Math с точностью порядка 1 %.
Барионная (обычная, доступная прямым наблюдениям) материя даёт в эту плотность довольно малый вклад: лишь (4,54±0,01) %, или 0,25 атома водорода на кубический метр. Два других компонента, дающих гораздо больший вклад в плотность, — тёмная материя (22,6 %) и тёмная энергия (73 %). Вклад релятивистских частиц[1], то есть фотонов микроволнового фона, в настоящее время крайне мал: 0,0050 %[2].
Численное значение
Значение критической плотности зависит от значения постоянной Хаббла:
где
- Шаблон:Math — постоянная Хаббла,
- Шаблон:Math — гравитационная постоянная.
При записи критической плотности (и других космологических параметров) часто используют безразмерную постоянную Хаббла Шаблон:Math, определённую как Шаблон:Nobr. В этих обозначениях[3]
- Шаблон:Math = 1,88·10−26Шаблон:Math2 кг/м3 = 1,05·10−5Шаблон:Math2 ГэВ/см3,
причём коэффициенты в этих выражениях не зависят от времени, в отличие от Шаблон:Math и Шаблон:Math.
При значении постоянной Хаббла в современную эпоху Шаблон:Math = 70,4±2,5 (км/с)/Мпк (или 2,282Шаблон:E c−1), наилучшим образом описывающем доступные на 2012 год наблюдательные данные[3][4], критическая плотность Шаблон:Math равна 9,31Шаблон:E кг/м3 (или 5,20Шаблон:E ГэВ/см3). С учётом того, что масса нуклона (и масса атома водорода) примерно равна 0,94 ГэВ, критическая плотность соответствует 5,5 атома водорода на кубический метр.
См. также
Примечания
Ссылки
- Шаблон:Cite web
- Лекции по Общей Астрофизике для Физиков на сайте Астронет
- ↑ К релятивистской компоненте в современную эпоху относятся лишь фотоны реликтового излучения, поскольку реликтовые нейтрино обладают массой, достаточной для замедления до нерелятивистских скоростей при их современной температуре.
- ↑ The Cosmological Parameters Шаблон:Wayback // In: J. Beringer et al. (Particle Data Group), Review of Particle Properties Шаблон:Wayback. Phys. Rev. D86, 010001 (2012).
- ↑ 3,0 3,1 Big-Bang Cosmology Шаблон:Wayback. 21.1.4. Definition of cosmological parameters // In: J. Beringer et al. (Particle Data Group), Review of Particle Properties Шаблон:Wayback. Phys. Rev. D86, 010001 (2012).
- ↑ Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results Шаблон:WaybackШаблон:Ref-en