Vũ trụ học & Thiên văn vật lý

Năng lượng tối, sự giãn nở tăng tốc

Các phép đo siêu tân tinh xa, CMB và cấu trúc lớn cho thấy sự giãn nở vũ trụ đang tăng tốc. “Năng lượng tối” là tên gọi cho thành phần gây hiệu ứng này trong mô hình vũ trụ học.

Các phép đo siêu tân tinh xa, CMB và cấu trúc lớn cho thấy sự giãn nở vũ trụ đang tăng tốc. “Năng lượng tối” là tên gọi cho thành phần gây hiệu ứng này trong mô hình vũ trụ học.

Mô hình và quan sát

Trong thuyết tương đối rộng, áp suất âm đủ lớn có thể làm gia tốc a(t) tăng. Hằng số vũ trụ Λ là mô tả đơn giản phù hợp dữ liệu hiện nay, nhưng bản chất vật lý sâu hơn vẫn là câu hỏi mở.

Phương trình gia tốc Friedmann cho thấy áp suất cũng góp vào hấp dẫn trong thuyết tương đối rộng: một thành phần làm giãn nở tăng tốc khi $\rho+3p/c^2<0$. Với tham số trạng thái $w=p/(\rho c^2)$ không đổi, mật độ thành phần ấy biến thiên như $\rho\propto a^{-3(1+w)}$; hằng số vũ trụ có $w=-1$ và mật độ không đổi. Dữ liệu siêu tân tinh loại Ia đo khoảng cách độ sáng theo dịch đỏ, còn CMB và dao động âm học barion bổ sung thang chuẩn. Kết hợp chúng giúp tách lịch sử giãn nở khỏi độ sáng riêng của một lớp thiên thể.

Giả thuyết $\Lambda$CDM mô tả dữ liệu hiện nay bằng hằng số vũ trụ, nhưng chưa giải thích giá trị cực nhỏ của năng lượng chân không theo kỳ vọng lý thuyết; đây là vấn đề hằng số vũ trụ. Các mô hình trường động như quintessence cho phép $w$ biến thiên theo thời gian, song bị ràng buộc chặt bởi dữ liệu và có thể tạo suy biến với độ cong hoặc hiệu ứng hệ thống. Vì vậy, “năng lượng tối” là tên cho thành phần trong mô hình, chưa phải nhận diện vi mô. Những kiểm tra tương lai cần đo nhất quán khoảng cách, tốc độ tăng trưởng cấu trúc và thấu kính yếu.

Trắc nghiệm nhanh