Big Rip

The Big Rip is een kosmologisch model met een ongewone scenario voor het einde van het Universum. Dit model gaat uit van het bestaan ​​van een zeer atypische vorm van energie, phantom energie, waarvan het belangrijkste kenmerk is om de dichtheid ervan toename te zien als de uitbreiding doorgaat. In dit scenario, alle structuren, clusters beneden om atomen, worden vernietigd, uitgerekt door de uitbreiding van de steeds gewelddadiger, worden ontwricht, "verscheurd".

Dit model werd voorgesteld voor het eerst in 1999 door Robert R. Caldwell, die de naam Big Rip geïntroduceerd door hem en zijn medewerkers Marc Nevin N. Weinberg en Kamionkowski in 2003.

Phantom Power

Sinds het einde van 1998, een toenemend aantal waarnemingen suggereert dat de uitdijing van het heelal aan het versnellen is in de tijd. Concreet betekent dit dat de snelheid waarmee afstand we van het melkwegstelsels niet afneemt in de tijd maar toeneemt. Dit resultaat wordt geïnterpreteerd natuurlijk de veronderstelling dat een kracht in het universum oefent een gravitatie-effect niet aantrekkelijk als gewone materie, maar middel. Zo'n kracht is generiek genaamd donkere energie en donkere energie. Het belangrijkste kenmerk van donkere energie is dat de druk negatief moet zijn. Net als elke vorm van materie, donkere energiedichtheid gezien getroffen door de expansie. Verrassend genoeg, kan worden aangetoond dat als de druk van donkere energie voldoende negatief, dan zijn dichtheid toeneemt tijdens de expansie van het heelal.

De eigenschappen of de aard van donkere energie niet nauwkeurig bekend op dit moment, hoewel de laatste waarnemingen suggereren dat donkere energie een vergelijkbaar gedrag kosmologische constante, die zich niet gedraagt als phantom energie. Indien de druk van donkere energie nauwelijks lager dan kosmologische constante heb is dat het energie zou phantom. Daarom werd voorgesteld dat donkere energie de geest energie zou kunnen zijn. Echter, er is geen astronomische observatie aangeeft perfect uitdrukkelijk dat donkere energie is phantom energie. Bovendien is het niet zeker dat fantoomvoeding is een aanvaardbare fysieke kracht. Om deze redenen, de Big Rip scenario blijft speculatief, maar dat hield niet op de aandacht van veel onderzoekers.

Properties

In het model van de Big Rip, de dichtheid van de phantom energie stijgt in de tijd, wat betekent dat de uitdijing van het heelal steeds gewelddadig, en heeft de neiging om objecten meer buigen snel van elkaar. De dichtheid van donkere energie uiteindelijk bereikt oneindige dichtheid in eindige tijd en op een structuur in het heelal, clusters van sterrenstelsels tot atomen, wordt uiteindelijk vernietigd als de uitdijing versnelt. Dit is een zeer ongebruikelijke scenario omdat het meestal wordt gesuggereerd dat de expansie van het heelal heeft een verwaarloosbaar effect op de grootte van structuren die bestaan ​​zodra zij gevormd zijn.

Analogie van de elastische doek

Pictorially, kan de werking van de expansie van het heelal in een sterrenstelsel gezien worden als die van een elastische doek waarop wordt gelijmd een stuk karton. Als de elastische baan wordt gerekt, zal het niet vervormen karton, aangezien deze een voldoende cohesieve krachten. In het algemeen kan men zeggen dat de bindingsenergie van de moleculen die het stuk karton is ook voldoende om de uitgeoefend door de veerkrachtige plaat spanning weerstaan. In het model van de Big Rip, de dichtheid van fantoom energie neemt toe met de tijd. Het is bijna alsof de elastische stof werd meer en meer rigide, terwijl nog steeds ondergaan stretching. In een dergelijke situatie, is het wel denkbaar dat het verpakkingsmateriaal uiteindelijk scheuren. Men kan dan zien dat het grootste structuren die eerst wordt ontwricht, kleine structuren kennen hetzelfde lot later.

Big Rip Chronologie

De dichtheid van de ghost energie toeneemt bij uitzetting, terwijl de dichtheid van gewone materie of energiedichtheid van de elektromagnetische straling afneemt. Het is derhalve onvermijdelijk dat tussen twee plaatsen de dichtheid phantom energie begint te overheersen anderen, ongeacht de waarde op het moment van de Big Bang. De waarneming van de versnellende uitdijing van het heelal onthult meer dan de donkere energie overheerst ten opzichte van andere vormen van energie uit relatief recente tijden. Uiteindelijk zullen alle vormen van energie van het Universum verwaarloosbaar in fantoom energie geworden, het is alleen binnen de astrofysische objecten die het fantoom energiedichtheid is lokaal lager dan bij andere vormen van dichtheid energie. Maar deze toestand zal voor altijd doorgaan omdat de geest energie zal toenemen in de tijd, totdat onvermijdelijk groter is dan de bindingsenergie van deze objecten. Berekeningen tonen aan dat een zwaartekracht gebonden systeem zal worden ontwricht wanneer de tijd die ons scheidt van de zwaartekracht singulariteit zal rond de omlooptijd.

Volgens berekeningen zou Big Rip worden gehouden met de volgende chronologie:

  • Een paar honderd miljoen jaar voordat de Big Rip: dislocatie super clusters
  • Tientallen miljoenen jaren voordat de Big Rip: dislocatie van de Melkweg
  • Een paar jaar voordat de Big Rip: ontworteling van Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus in het Zonnestelsel
  • Een paar maanden voor de Big Rip: scheur van de aarde in zijn baan.
  • Enkele tientallen minuten voor de Big Rip: verstoring van de aarde.
  • Minuten voor de Big Rip: Zon dislocatie.
  • 10 seconden voor de Big Rip: dislocatie atomen.

Opgemerkt wordt dat de grootte van het waarneembare heelal steeds groter dan de afmeting van systemen die worden ontwricht wordt. Zo werden, tijdens het uiteenvallen van de Melkweg, zou er op hetzelfde moment om ontwrichting van de naburige sterrenstelsels zoals de Andromeda galaxy of melkweg Triangulum.

De tijd die ons scheiden van de Big Rip wordt ongeveer gegeven door het omgekeerde van de uitbreiding tarief van vandaag, het omgekeerde van de Hubble constante. Daarom is in de orde van 15 miljard jaar.

De term dislocatie gebruikt om het fenomeen van de "explosie" beschrijven onvolkomen weerspiegelt de realiteit dat de zwaartekracht systeem niet uit de kom, maar gewoon "gewonnen" door een soort "kosmische elephantiasis".

Formalisme

Schematisch de snelheid die de expansie van het heelal neigt twee objecten gescheiden afstand R drukken is v = HR, waarbij H de Hubble constante. De gravitationele potentiaal Φ waarin een voorwerp op een afstand R van een massa M wordt geschreven

De ontwrichting van het systeem ingrijpt wanneer

of

Volgens Kepler derde wet, kan men zich het recht lid te transformeren met behulp van de omlooptijd T gegeven door

waarbij:

Als we nu kijken naar de ontwikkeling van H expansiesnelheid in de tijd, de toepassing van de Friedmann vergelijkingen blijkt dat de schaalfactor tijd varieert afhankelijk

waarbij w de parameter van de toestand van de geest energiebalans, is de verhouding van de druk bij de energiedichtheid, wat minder is dan -1 voor phantom energie. In dit geval is de variabele t geeft de tijd vanaf de toekomst singulariteit. De uitbreiding snelheid van het heelal wordt dan gegeven door

Observationele beperkingen van de parameter van de toestandsvergelijking w aangeeft dat het minder dan -1 kan worden, kan niet te negatief niet lager zijn en waarschijnlijk -2. Dus de fractie 2/3 | 1 + w | is van de orde van 1, en de ontwrichting van een zwaartekracht systeem ontstaat wanneer

In de Newtonse limiet baan een testdeeltje rondom een ​​centraal lichaam, allemaal in een model van Friedmann Lemaître-Robertson-Walker-zero ruimtelijke kromming voldoet aan de vergelijking:

waarbij M de massa van het centrale orgaan is L het impulsmoment per massa-eenheid en de schaalfactor.

In de limiet van een Big Rip soort singulariteit, de eerste term te overheersen gezicht de andere twee, op het naderende einde van de tijd, waardoor de vergelijking vereenvoudigde vorm: waarbij het gemakkelijk de oplossing te verkrijgen. Wat de hoeksnelheid, neigt 0 voor r toeneemt oneindig.

"Specifiek" betekent dat de straal van de baan wordt Comoving, dwz het begint te nemen aan de explosieve expansie. Er is geen ontwrichting in die zin dat de testdeeltje worden "verscheurd" in zijn baan; Integendeel, de laatste uitbreiding voor onbepaalde tijd.