( fonte principale: Karttunen et. al. Fundamental Astronomy - Springer)
Un problema cosmologico centrale è la questione di quale modello di Friedmann meglio rappresenta l'Universo. Differenti modelli portano a diverse previsoni osservative. Recentemente vi è stato un notevole progresso nella determinazione dei parametri cosmologici, e, per la prima volta, vi è ora un insieme di parametri che sembrano capaci di rendere conto i dati osservativi. Per verificare i modelli possono essere presi in considerazione alcuni possibili test. Questi test sono legati a proprietà medie dell'Universo. IL TEST DELLA DENSITÀ
CRITICA. Se la densità media ρ è più grande della
densità critica ρc, l'Universo è chiuso. Per la
costante di Hubble H= 100 kms-1 Mpc-1 il valore
di ρc è ρc= 1.9·10-26
kgm-3. corrispondente approssimatamente a 10 atomi di
idrogeno per metro cubo. La determinazione della massa per le singole
galassie conduce a più piccoli valori per la densità, il che favorisce
un modello aperto. Tuttavia, la densità determinata in questo modo è un
limite inferiore, poichè ci può essere un significativo ammontare di
massa invisibile fuori delle galassie. I TEST DELL'AMMONTARE DEL
REDSHIFT. Sebbene per piccoli redshift tutti i modelli
prevedono la relazione di Hubble m= 5·log(z) + C per le candele
standard, per grandi redshift vi sono differenze che dipendono dal
paramentro di decelerazione q. Questo fornisce un modo per misurare
q. IL TEST DEL DIAMETRO ANGOLARE
DEL REDSHIFT. Insieme con il test dell'ammontare del redshift
la relazione tra diametro angolare e redshift è stata usata come test
cosmologico. Adesso consideriamo come il diametro angolare θ di
un oggetto standard varia con la distanza in un modello statico con
diverse geometrie. In una geometria euclidea il diametro angolare è
inversamente proporzionale alla distanza. In una geometria ellittica
θ decresce più lentamente con la distanza e comincia anche a
crescere al di là di un certo punto. La ragione di questo può essere
compresa pensando alla superficie di una sfera. Per un osservatore al
polo, il diametro angolare è l'angolo tra due meridiani che segnano i
confini di un oggetto standard. Questo angolo è più piccolo quando
l'oggetto è all'equatore e cresce senza limiti avvicinandosi al polo
opposto. Nella geometria iperbolica l'angolo θ decresce più
rapidamente con la distanza rispetto al caso euclideo. IL TEST DELLA NUCEOSINTESI PRIMORDIALE. Il modello standard prevede che il 25% della massa dell'Universo sia stata trasformata in elio dal Big-Bang. Questo ammontare non è sensibile alla densità e quindi non è un buon test cosmologico. Tuttavia l'ammontare di deuterio utilizzato dalla sintesi dell'elio dipende fortemente dalla densità. Quasi tutto il deuterio formato nel big-bang è unito in nuclei di elio. Per una PIÙ grande densità le collisioni distruggono il deuterio più facilmente. Allora la piccola attuale abbondanza di deuterio indica una alta densità cosmologica. Un simile argomento può essere applicato all'ammontare di 3He e 7Li prodotto nel big-bang. L'interpretazione delle abbondanze osservate è difficile perchè loro sono state cambiate nei successivi processi nucleari. Ancora, i risultati presenti per le abbondabnze di questi nuclei sono consistenti con ogni altro e con una densità corrispondente a una Ω0 di circa 0.04. Nota che questo numero si riferisce solo alla massa nella forma di barioni ovvero protoni e neutroni. Poichè la massa viriale degli ammassi di galassie indica che Ω0 è circa 0.3 allora ciò ha stimolato modelli come il modello CDM, dove la maggior parte della massa non è nella forma di barioni. IL TEST DELLE ETÀ. L'età dei diversi modelli di Friedmann possono essere confrontate con le età conosciute di vari sistemi. L'età t0 del modello di Friedmann con dati Ω0 e ΩΛ è stata ottenuta dall'integrale le equazioni.... Questo integrale dà: Questa età è richiesta di essere più grande dell'età dei più vecchi oggetti astronomici conosciuti. Se la densità è critica e Λ=0, . Allora se H0= 75 kms-1 Mpc-1, l'età è t0= 9 Ga. Valori più grandi di Ω0 danno età più piccole mentre valori positivi di Λ conducono ad età più grandi. È una sorgente di imbarazzo che il miglior valore di H tende a dare un'età dell'Universo sono marginalmente consistente con le età degli oggetti astronomici più vecchi. Con l'introduzione di una costante cosmologica positiva e una revisione verso il basso delle età stellari questo problema sembra essere risolto. Il miglior valore attuale per l'età dell'Universo è 13-14 Ga (miliardi di anni). IL MODELLO
"CONCORDANTE". C'è stata una importante recente coonvergenza
tra i diversi test cosmologici. Il modello risultante ha una costante
cosmologica positiva, e la maggior parte della materia è fredda e
scura. Questo è chiamato modello ΛCDM. I
migliori valori dei parametri sono H= 70 kms-1
Mpc-1, ΩΛ= 0.7, Ω0=
0.3 con una materia fredda e oscura che copre l'85% della densità
totale. |