Критическая плотность (космология)

Перейти к навигацииПерейти к поиску

Крити́ческая пло́тность Вселе́нной ρс — 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 бесконечная[] вселенная. Если же плотность больше критической — то пространство Вселенной оказывается конечным:

  • ρ < ρс — пространство с отрицательной кривизной, открытая вселенная;
  • ρ = ρс — плоская, открытая[] вселенная;
  • ρ > ρс — 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: ρ = ρс 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

H — постоянная Хаббла,
G — гравитационная постоянная.

При записи критической плотности (и других космологических параметров) часто используют безразмерную постоянную Хаббла h, определённую как h = H/(100 (км/с)/Мпк). В этих обозначениях[3]

ρс = 1,88·10−26h2 кг/м3 = 1,05·10−5h2 ГэВ/см3,

причём коэффициенты в этих выражениях не зависят от времени, в отличие от H и h.

При значении постоянной Хаббла в современную эпоху H0 = 70,4±2,5 (км/с)/Мпк (или 2,282⋅10−18 c−1), наилучшим образом описывающем доступные на 2012 год наблюдательные данные[3][4], критическая плотность ρс равна 9,31⋅10−27 кг/м3 (или 5,20⋅10−6 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

  1. ↑ 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.
  2. ↑ The Cosmological Parameters Архивная копия от 14 ноября 2012 на Wayback Machine // In: J. Beringer et al. (Particle Data Group), Review of Particle Properties Архивная копия от 7 сентября 2017 на Wayback Machine. Phys. Rev. D86, 010001 (2012).
  3. ↑ 1 2 Big-Bang Cosmology Архивная копия от 14 ноября 2012 на Wayback Machine. 21.1.4. Definition of cosmological parameters // In: J. Beringer et al. (Particle Data Group), Review of Particle Properties Архивная копия от 7 сентября 2017 на Wayback Machine. Phys. Rev. D86, 010001 (2012).

Ссылки