Kosmologia obserwacyjna

Kosmologia obserwacyjna jest działem astronomii, a dokładnie astrofizyki. Zajmuje się badaniem wszechświata, jego kształtu i ewolucji (do największej możliwej skali, po horyzont cząstek). Kosmologia obserwacyjna bazuje na kosmologii teoretycznej, tworzącej formalizmy matematyczne w postaci matematycznych modeli Wszechświata.

Podstawę kosmologii fizycznej (czyli kosmologii teoretycznej i kosmologii obserwacyjnej) stanowi obecnie ogólna teoria względności, dzięki której tworzone są modele Wszechświata.

Powszechnie przyjmowany jest model zakładający ewolucję Wszechświata od stanu o bardzo dużej gęstości i temperaturze (często uważa się, iż był to stan osobliwy, czyli taki, w którym wartości te były nieskończone, a obszar, w którym miało to miejsce, miał rozmiar albo zerowy, albo nieskończony, zależnie od modelu), który od chwili początkowej zaczyna się rozszerzać (Wielki Wybuch), jednocześnie stygnąc.

Obserwacyjne podstawy kosmologii

• prawo Hubble'a
• pierwotna nukleosynteza
• własności promieniowania tła (promieniowania reliktowego), modelowanego jako promieniowanie ciała doskonale czarnego
• struktura wielkoskalowa (rozkład galaktyk i ich gromad)

Opis ekspansji Wszechświata

• współrzędne współporuszające się
• metryka Friedmana-Lemaître'a-Robertsona-Walkera - przestrzeń metryczna
• równania Friedmana-Lemaître'a
• forma Wszechświata: globalna i lokalna
• Wielki Wybuch
• wszechświat de Sittera
• Horyzont cząsteczek (zobacz też horyzont zdarzeń)
• historia modeli relatywistycznych

Elementy współczesnej kosmologii teoretycznej

Ery kosmologiczne

Era	Początek ery	Gęstość g/cm3	Temperatura [K]
Era Plancka	10-44 s	1093	1033
ewentualna Era inflacji	10-35 s	10?	10?
Era hadronowa	10-23 s	10?	10?
Era leptonowa	10-4 s	1014	1012
Era promieniowania	10 s	104	1010
Era materii	105 lat	10-21	30 000

Cieplna historia Wszechświata, według Standardowego Modelu Kosmologicznego

• era hadronowa
• era leptonowa
• synteza lekkich pierwiastków
• era promieniowania
• era materii

Od niejednorodności do powstania struktury wielkoskalowej we Wszechświecie - formowanie się galaktyk i ich ewolucja

• niestabilność grawitacyjna (kryterium Jeansa)
• niejednorodności promieniowania tła
• powstawanie i ewolucja zaburzeń gęstości

Współczesne testy obserwacyjne modeli Wszechświata

• prawo Hubble'a
• ciemna materia barionowa i niebarionowa
• ciemna energia
  • stała kosmologiczna, kwintesencja
• widmo mocy mikrofalowego promieniowania tła, wielkoskalowe zaburzenia gęstości materii, wielkoskalowe zaburzenia statystyczne grupowania galaktyk
• formowanie się galaktyk
• soczewkowanie grawitacyjne
• soczewkowanie topologiczne

Zobacz też

• ogólna teoria względności
• kosmologia

Linki zewnętrzne

• Kosmologia — kilka ciekawych problemów, Jerzy Sikorski, Uniwersytet Gdański