Densidad crítica (cosmología)

La densidad crítica del Universo ρ c  es el valor distinguido de la densidad de materia (materia y energía) del Universo , de la cual dependen las propiedades geométricas globales del universo en los modelos cosmológicos .

En particular, si la densidad promedio del Universo es menor o igual a la crítica, entonces un infinito universo. Si la densidad es mayor que la crítica, entonces el espacio del Universo resulta ser finito:

• ρ < ρ c  - espacio con curvatura negativa , universo abierto;
• ρ = ρ con  - plano, abierto universo;
• ρ > ρ c  es la curvatura positiva del espacio, el universo es cerrado.

Según WMAP , el universo observable es plano (dentro del margen de error). En base a esto, según el modelo de Friedman , la densidad media del Universo es igual a la crítica: ρ = ρ s con una precisión de alrededor del 1%.

La materia bariónica (ordinaria, accesible a las observaciones directas) hace una contribución bastante pequeña a esta densidad: solo (4,54 ± 0,01)%, o 0,25 átomos de hidrógeno por metro cúbico. Otros dos componentes que contribuyen mucho más a la densidad son la materia oscura (22,6%) y la energía oscura (73%). La contribución de las partículas relativistas [1] , es decir, los fotones del fondo de microondas, es actualmente extremadamente pequeña: 0,0050% [2] .

Valor numérico

El valor de la densidad crítica depende del valor de la constante de Hubble :

dónde

Al escribir la densidad crítica (y otros parámetros cosmológicos), a menudo se usa la constante adimensional de Hubble h , definida como h = H /(100 (km/s)/ Mpc ) . En estas notaciones [3]

además, los coeficientes de estas expresiones no dependen del tiempo, a diferencia de H y h .

Con el valor de la constante de Hubble en la época moderna H 0 = 70,4±2,5 (km/s)/Mpc (o 2,282⋅10 −18 s −1 ), que describe mejor los datos de observación disponibles para 2012 [3] [4 ] , la densidad crítica ρ с es igual a 9,31⋅10 −27 kg/m 3 (o 5,20⋅10 −6 GeV /cm 3 ). Dado que la masa del nucleón (y la masa del átomo de hidrógeno) es aproximadamente igual a 0,94 GeV, la densidad crítica corresponde a 5,5 átomos de hidrógeno por metro cúbico.

Véase también

• Modelos cosmológicos
• Densidad de Planck

Notas

1. ↑ El componente relativista en la era moderna incluye solo fotones de la radiación de fondo de microondas cósmica, ya que los neutrinos relictos tienen una masa suficiente para reducir la velocidad a velocidades no relativistas a su temperatura actual.
2. ↑ Los parámetros cosmológicos Archivado el 14 de noviembre de 2012 en Wayback Machine // En: J. Beringer et al. (Grupo de datos de partículas), Revisión de propiedades de partículas Archivado el 7 de septiembre de 2017 en Wayback Machine . física Rvdo. D86, 010001 (2012).
3. ↑ 1 2 Big-Bang Cosmology Archivado el 14 de noviembre de 2012 en Wayback Machine . 21.1.4. Definición de parámetros cosmológicos // En: J. Beringer et al. (Grupo de datos de partículas), Revisión de propiedades de partículas Archivado el 7 de septiembre de 2017 en Wayback Machine . física Rvdo. D86, 010001 (2012).
4. ↑ Observaciones de siete años de la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP): mapas del cielo, errores sistemáticos y resultados básicos Archivado el 16 de agosto de 2012 .  (Inglés)

Enlaces

• Sitio web sobre cosmología moderna . Archivado desde el original el 22 de agosto de 2011. (indefinido)
• Conferencias sobre astrofísica general para físicos en el sitio web de Astronet