universo de Sitter - de Sitter universe

Parte de uma série sobre
Cosmologia física
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Categoria  Portal de astronomia
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Um universo de Sitter é uma solução cosmológica para as equações de campo da relatividade geral de Einstein , em homenagem a Willem de Sitter . Ele modela o universo como espacialmente plano e negligencia a matéria comum, de modo que a dinâmica do universo é dominada pela constante cosmológica , considerada como correspondendo à energia escura em nosso universo ou ao campo do ínflaton no universo primitivo . De acordo com os modelos de inflação e observações atuais do universo em aceleração , os modelos de concordância da cosmologia física estão convergindo em um modelo consistente em que nosso universo foi melhor descrito como um universo de Sitter por volta de segundos após a singularidade fiducial do Big Bang , e longe no futuro . ${\ displaystyle t = 10 ^ {- 33}}$

Expressão matemática

Um universo de Sitter não tem conteúdo de matéria comum, mas com uma constante cosmológica positiva ( ) que define a taxa de expansão ,. Uma constante cosmológica maior leva a uma taxa de expansão maior: ${\ displaystyle \ Lambda}$${\ displaystyle H}$

${\ displaystyle H \ propto {\ sqrt {\ Lambda}},}$

onde as constantes de proporcionalidade dependem de convenções.

Evolução do universo de Sitter (azul escuro, curva superior) em comparação com outros modelos.

É comum descrever um patch desta solução como um universo em expansão da forma FLRW onde o fator de escala é dado por

${\ displaystyle a (t) = e ^ {Ht},}$

onde a constante é a taxa de expansão do Hubble e é o tempo. Como em todos os espaços FLRW,, o fator de escala , descreve a expansão das distâncias espaciais físicas . ${\ displaystyle H}$${\ displaystyle t}$${\ displaystyle a (t)}$

Exclusivo para universos descritos pela métrica FLRW, um universo de Sitter tem uma Lei de Hubble que não é apenas consistente em todo o espaço, mas também em todo o tempo (uma vez que o parâmetro de desaceleração é ), satisfazendo assim o princípio cosmológico perfeito que assume isotropia e homogeneidade ao longo do espaço e do tempo. Existem maneiras de lançar o espaço de Sitter com coordenadas estáticas (ver espaço de Sitter ), então, ao contrário de outros modelos FLRW, o espaço de Sitter pode ser pensado como uma solução estática para as equações de Einstein, embora as geodésicas seguidas por observadores necessariamente divergem conforme o esperado. a expansão das dimensões espaciais físicas. Como um modelo para o universo, a solução de de Sitter não foi considerada viável para o universo observado até que os modelos para inflação e energia escura fossem desenvolvidos. Antes disso, era assumido que o Big Bang implicava apenas uma aceitação do princípio cosmológico mais fraco , que sustenta que a isotropia e a homogeneidade se aplicam espacialmente, mas não temporalmente. ${\ displaystyle q = -1}$

Expansão relativa

A expansão exponencial do fator de escala significa que a distância física entre quaisquer dois observadores sem aceleração acabará crescendo mais rápido do que a velocidade da luz . Nesse ponto, esses dois observadores não poderão mais fazer contato. Portanto, qualquer observador em um universo de Sitter veria horizontes de eventos além dos quais esse observador nunca pode ver ou aprender qualquer informação. Se nosso universo está se aproximando de um universo de Sitter, então eventualmente não seremos capazes de observar outras galáxias além de nossa própria Via Láctea (e quaisquer outras no Grupo Local gravitacionalmente ligado , supondo que de alguma forma sobrevivessem àquela época sem se fundir).

Modelando a inflação cósmica

Outra aplicação do espaço de Sitter é no início do universo durante a inflação cósmica . Muitos modelos inflacionários são aproximadamente do espaço de Sitter e podem ser modelados atribuindo ao parâmetro de Hubble uma leve dependência do tempo. Para simplificar, alguns cálculos envolvendo a inflação no universo primitivo podem ser realizados no espaço de Sitter em vez de em um universo inflacionário mais realista. Ao usar o universo de Sitter, em que a expansão é verdadeiramente exponencial, há muitas simplificações.

Veja também

• Inflação cósmica
• de Sitter para mais propriedades matemáticas
• Parâmetro de desaceleração
• Patch causal

Referências