Expansió accelerada de l'Univers

L'Expansió accelerada de l'Univers es basa en observacions que mostren que l'expansió de l'Univers s'està accelerant, de manera que la velocitat a la qual una galàxia llunyana s'allunya de l'observador augmenta contínuament amb el temps.^[1][2][3]

Lambda-CDM, expansió accelerada de l'Univers. La línia de temps en aquest diagrama esquemàtic s'estén des de l'època del big-bang/inflació fa 13.700 milions d'anys fins al moment cosmològic actual.

El 1998, dos equips d'astrònoms, Supernova Cosmology Project i High-Z Supernova Search Team, respectivament dirigits per Saul Perlmutter i Brian P. Schmidt/Adam Riess, observaren una acceleració de l'expansió de l'Univers mesurant les velocitats d'escapament de supernoves de tipus Ia per mesurar l'acceleració.^[4][5][6] La idea era que, com que les supernoves de tipus Ia tenen gairebé la mateixa brillantor intrínseca (una espelma estàndard), i com que els objectes que estan més lluny semblen més tènues, podem utilitzar la brillantor observada d'aquestes supernoves per mesurar la distància a ells. Aleshores, la distància es pot comparar amb el desplaçament al vermell cosmològic de les supernoves, que mesura quant s'ha expandit l'univers des que es va produir la supernova.^[7] El resultat inesperat va ser que els objectes de l'Univers s'estan allunyant els uns dels altres a un ritme accelerat. Els cosmòlegs de l'època esperaven que la velocitat de recessió sempre es desacceleraria, a causa de l'atracció gravitatòria de la matèria a l'univers. El descobriment va ser premiat amb el Premi Nobel de Física el 2011 per als tres investigadors principals dels dos equips.^[8] S'han trobat proves confirmatòries en oscil·lacions acústiques bariòniques i en anàlisis de l'agrupament de galàxies.

Es creu que l'expansió accelerada de l'Univers va començar des que l'univers va entrar en la seva era dominada per l'energia fosca fa aproximadament 4.000 milions d'anys.^{[9][notes 1]}. En el marc de la relativitat general, una expansió accelerada es pot explicar per un valor positiu de la constant cosmològica Λ, equivalent a la presència d'una energia positiva del buit, anomenada "energia fosca". Tot i que hi ha possibles explicacions alternatives, la descripció que suposa energia fosca (Λ positiva) s'utilitza en el model estàndard actual de cosmologia, que també inclou matèria fosca freda (CDM) i es coneix com a model Lambda-CDM.

Aquesta observació, inesperada, implica una constant cosmològica positiva i l'existència de l'anomenada energia fosca a l'Univers. Mesures més recents del satèl·lit WMAP han confirmat aquesta acceleració i determinat més precisament la quantitat d'energia fosca.^{[cal citació]}

L'acceleració es mesura pel paràmetre de desacceleració que indica el grau de frenada de l'expansió de l'Univers, provocada per l'atracció gravitatòria. Aquest paràmetre està relacionat amb la derivada segona del radi de l'Univers en funció del temps.^{[cal citació]}

Inicialment, en l'Univers jove el paràmetre de desacceleració era positiu, és a dir, l'expansió de l'Univers es frenava. Però des de fa uns 6 mil milions d'anys l'energía fosca va invertir la situació i des de llavors el paràmetre de desacceleració es negatiu, (l'expansió de l'Univers s'està accelerant) ^[10]

Notes

1. Frieman, Turner i Huterer (2008) pàg. 6: "L'Univers ha passat per tres èpoques diferents: dominada per la radiació, z ≳ 3000; dominada per la matèria, 3000 ≳ z ≳ 0,5; i dominada per l'energia fosca, z ≲ 0,5. L'evolució del factor d'escala està controlada per la forma d'energia dominant: a(t) ∝ t2/3(1 + w) (per a la constant w). Durant l'era dominada per la radiació, a(t) ∝ t1/2; durant l'era dominada per la matèria, a(t)) ∝ t2/3; i per a l'era dominada per l'energia fosca, assumint w = −1, asimptòticament a(t) ∝ exp(Ht)." pàg. 44: "En conjunt, totes les dades actuals proporcionen una evidència sòlida de l'existència d'energia fosca; restringeixen la fracció de densitat crítica aportada per l'energia fosca, 0,76 ± 0,02, i el paràmetre de l'equació d'estat, w ≈ −1 ± 1 ± 0,1 (estadística) ± 0,1 (sys), suposant que w és constant. Això implica que l'Univers va començar a accelerar amb el desplaçament cap al vermell z ∼ 0,4 i l'edat t ∼ 10 Gyr. Aquests resultats són sòlids: les dades de qualsevol mètode es poden eliminar sense comprometre les limitacions, i no es debiliten substancialment en abandonar el supòsit de planitud espacial".^[9]

Referències

1. Overbye, Dennis «Cosmos Controversy: The Universe Is Expanding, but How Fast?». The New York Times, 20-02-2017.
2. Scharping, Nathaniel. «Gravitational Waves Show How Fast The Universe is Expanding». Astronomy, 18-10-2017. [Consulta: 18 octubre 2017].
3. Weaver, Donna; Villard, Ray. «Measuring universe expansion reveals mystery – Is something unpredicted going on in the depths of space?». Earth & Sky, 11-03-2018. [Consulta: 11 març 2018].
4. «Nobel physics prize honours accelerating universe find». BBC News, 04-10-2011.
5. «The Nobel Prize in Physics 2011». Nobelprize.org. [Consulta: 6 octubre 2011].
6. Peebles; Ratra, Bharat «The cosmological constant and dark energy». Reviews of Modern Physics, vol. 75, 2, 2003, pàg. 559–606. arXiv: astro-ph/0207347. Bibcode: 2003RvMP...75..559P. DOI: 10.1103/RevModPhys.75.559.
7. See also Hubble law, which established that the further an object is from us, the faster it is receding.
8. Weinberg, Steven. Cosmology. Oxford University Press, 2008. ISBN 9780198526827.
9. Frieman, Joshua A.; Turner, Michael S.; Huterer, Dragan «Dark Energy and the Accelerating Universe». Annual Review of Astronomy and Astrophysics, vol. 46, 1, 2008, pàg. 385–432. arXiv: 0803.0982. Bibcode: 2008ARA&A..46..385F. DOI: 10.1146/annurev.astro.46.060407.145243.
10. La web de Física. «El inicio de la expansión acelerada del Universo». [Consulta: 7 febrer 2019].