Критическая плотность (космология)

Космология

Изучаемые объекты и процессы

Вселенная Наблюдаемая Вселенная Возраст Вселенной Крупномасштабная структура Вселенной Формирование структуры Реликтовое излучение Тёмная энергия Скрытая масса

Наблюдаемые процессы

Космологическое красное смещение Расширение Вселенной Формирование галактик Закон Хаббла Нуклеосинтез

Теоретические изыскания

Космологические модели Космическая инфляция Большой взрыв Хронология Большого взрыва Вселенная Фридмана Сопутствующее расстояние Модель Лямбда-CDM‎ Космологический принцип Космологическое уравнение состояния Критическая плотность Хронология космологии

Крити́ческая пло́тность вселе́нной — значение массовой плотности материи (энергии) вселенной, от которого зависят глобальные геометрические свойства вселенной в космологических моделях. Значение критической плотности $\rho_c~$ зависит от значения постоянной Хаббла:

$\rho_c=\frac{3 H^2}{8\pi G}~,$

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^[1]

ρ_с = 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^[2][1], критическая плотность ρ_с 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.

По данным WMAP наблюдаемая Вселенная является плоской. Исходя из этого, согласно модели Фридмана, средняя плотность Вселенной равна критической: ρ = ρ_с с точностью порядка 1 %. Однако 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^[3], т.е. фотонов микроволнового фона, в настоящее время крайне мал: 0,0050 %.^[4]

Примечания

1. ↑ ^{1 2} Big-Bang Cosmology. 21.1.4. Definition of cosmological parameters // In: J. Beringer et al. (Particle Data Group), Review of Particle Properties. Phys. Rev. D86, 010001 (2012).
2. ↑ Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results (англ.)
3. ↑ 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.
4. ↑ The Cosmological Parameters // In: J. Beringer et al. (Particle Data Group), Review of Particle Properties. Phys. Rev. D86, 010001 (2012).

См. также

• Космологические модели
• Планковская плотность

Ссылки

• Сайт о современной космологии. Архивировано из первоисточника 22 августа 2011.
• Лекции по Общей Астрофизике для Физиков на сайте Астронет