Cómo hacen los científicos calcular el porcentaje de la energía oscura en el universo?

Question

Puedo entender cómo el porcentaje de materia oscura en comparación con la materia ordinaria se calcula, debido a la cantidad de materia oscura que tiene un claro efecto gravitacional sobre la materia ordinaria en una Galaxia.

Sin embargo, calculando el porcentaje de la energía oscura en el universo parece menos evidente. Es algo para hacer con la tasa de expansión del espacio-tiempo?

Por favor explique en lay-mans términos, nunca he aprendido a cualquier nivel de licenciatura de la cosmología.

Answer 1

Hay (al menos) cuatro formas en que la energía oscura contenido del universo influencias cosas que podemos observar

1. El fondo cósmico de microondas se formaron en el universo temprano, cuando los átomos (de hidrógeno) que se formó primero y el universo se hizo transparente a la radiación que estaba dentro de ella. Hay pequeñas fluctuaciones en el CMB, que reflejan las pequeñas diferencias en la densidad de las regiones en el universo en el momento de este "divorcio" entre la radiación y la materia. Cómo de grande (en términos de un ángulo en el cielo) estas regiones ahora mira depende de la posterior tasa de expansión del espacio y este a su vez depende de la cantidad de la gravitación de la materia (que ralentiza la fase de expansión inicial) y la cantidad de energía oscura (que acelera la expansión). Por lo tanto, en términos generales, el tamaño angular de las fluctuaciones (alrededor de 1 grado) en el CMB permite inferir la cantidad de energía oscura, a pesar de que se mezcla en lo que los otros parámetros cosmológicos son (incluyendo el monto total de gravitando la densidad de la materia).

2. La expansión del universo, también pueden ser rastreados utilizando el estándar de las velas. Es decir que se puede medir el brillo de algo, inferir cuán lejos debe de ser y, a continuación, medir la velocidad con la que se está retrocediendo lejos de nosotros. En una desaceleración del universo, que contiene sólo la gravitación de la materia, entonces la tasa de expansión habría sido mucho mayor en el pasado y podría ser presenciado en la recesión de las velocidades de los objetos mas distantes, que son vistos como eran en el pasado distante. Observaciones de supernovas de tipo Ia - velas estándar derivadas de las explosiones de las enanas blancas en casi un fijo en masa y con una muy consistente de la luminosidad máxima - confundir esta expectativa. En su lugar, parece que la expansión del universo se está acelerando y se atribuye a la energía oscura. De nuevo, esta interpretación no es totalmente independiente de los otros parámetros cosmológicos.

3. La estructura a gran escala del universo depende tanto de la cantidad de la gravitación de la materia (especialmente la materia oscura, que fue capaz de iniciar aglutinación incluso antes de la crema de la materia y la radiación se convirtió en desacoplado) y la cantidad de energía oscura. Los modelos de la forma de cúmulos de galaxias y estructuras filamentosas en el universo forma, sugieren que el rango y la escala de las estructuras que vemos en el universo de hoy depende en detalles sobre la naturaleza de la materia oscura, pero también de la naturaleza de la energía oscura. La comparación de estos modelos con las observaciones conduce a las limitaciones sobre cuánto de la energía oscura no debe ser.

4. En la década de los 80 y principios de los 90 hubo algo de una crisis en la cosmología. Si una medida de la actual tasa de expansión del universo y la extrapola hacia atrás en el tiempo, uno puede calcular cuánto tiempo hace que ocurrió el big bang. La realización de este ejercicio suponiendo que la expansión del universo era sólo desaceleración con el tiempo , debido a la gravitación de la materia dentro de ella, se tradujo en una edad de aproximadamente 10 mil millones de años. Sin embargo, la más antigua de las estrellas en el universo parecía ser de al menos 12 mil millones de años de edad! La energía oscura se resuelve este problema al permitir la expansión, a acelerar con el tiempo después de un período inicial gravitacional de desaceleración. Una extrapolación basada en la actual tasa de expansión por lo tanto conduce a una edad en que es demasiado joven. En su lugar, una versión revisada de la extrapolado de edad para el universo, incluyendo la energía oscura, es de 13,7 mil millones de años y cómodamente mayores de las estrellas más viejas.

Esto conduce a la llamada "concordancia" o Lambda-CDM modelo para el universo (ver imagen adaptada de Kowalski et al. 2008). Esta postula que el 68% de la densidad de energía total en el universo es en forma de "energía oscura", que provoca la expansión del universo se acelere.