Energi Gelap

Dalam kosmologi, energi gelap adalah suatu bentuk hipotesis dari energi yang mengisi seluruh ruang dan memiliki tekanan negatif yang kuat. Menurut teori relativitas umum, efek dari adanya tekanan negatif secara kualitatif serupa dengan memiliki gaya pada skala besar yang bekerja secara berlawanan terhadap gravitasi. Menggunakan efek seperti itu sekarang merupakan cara yang sering dilakukan untuk menjelaskan pengamatan mengenai pengembangan alam semesta yang dipercepat dan juga adanya bagian besar dari massa yang hilang di alam semesta.

Dua bentuk energi gelap yang diusulkan adalah konstanta kosmologi, suatu energi yang kerapatannya tetap dan secara homogen mengisi ruang, dan quintessence, suatu medan dinamis yang kepadatan energinya dapat berubah dalam ruang dan waktu. Membedakan antara keduanya memerlukan pengukuran berketelitian tinggi dari pengembangan alam semesta untuk dapat mengerti bagaimana kecepatan pengembangan berubah terhadap waktu. Laju pengembangan ini bergantung pada parameter persamaan keadaan kosmologi. Mengukur persamaan keadaan dari energi gelap adalah salah satu usaha besar dalam kosmologi observasional.

Bukti dari adanya Energi gelap

Pada tahun 1998, pengamatan Supernova tipe Ia oleh dua grup yang berbeda yaitu, High-Z SN Search Team pimpinan Dr. Brian Schmidt dan Supernova Cosmology Project (SCP) pimpinan Dr. Saul Perlmutter, menunjukkan bahwa pengembangan alam semesta mengalami percepatan. Dalam beberapa tahun terakhir, pengamatan ini telah dikuatkan oleh beberapa sumber: radiasi kosmik gelombang mikro latar belakang, pelensaan gravitasi, usia alam semesta, nukleosintesis dentuman dahsyat, struktur kosmos berskala besar dan pengukuran dari parameter Hubble, dan juga pengukuran supernova yang lebih baik. Semua elemen ini konsisten dengan model Lamda-CDM.

Supernova tipe Ia memberikan bukti paling langsung dari adanya energi gelap. Dengan mengukur kecepatan dari objek yang menjauh menggunakan pengukuran pergeseran merah, yang merupakan efek Doppler radiasi dari objek yang menjauh. Menentukan jarak dari suatu objek adalah masalah yang sulit dalam astronomi. Kita perlu menemukan lilin standard: obyek yang diketahui kecerlangan intrinsiknya, sehingga mungkin digunakan untuk menghubungkan kecerlangan yang tampak dengan jarak. Tanpa lilin standard, tidaklah mungkin mengukur hubungan pergeseran merah dengan jarak dalam hukum Hubble. 

Supernova tipe Ia adalah lilin standard terbaik untuk pengamatan kosmologi, karena mereka sangat terang dan hanya terjadi ketika massa dari bintang katai putih tua mencapai batas Chandrasekhar. Jarak ke supernova dapat digambar terhadap kecepatan, dan inilah yang digunakan untuk mengukur sejarah pengembangan alam semesta. Pengamatan ini menunjukkan bahwa alam semesta tidak mengalami perlambatan, yang seharusnya akan terjadi pada alam semesta yang didominasi oleh materi, tetapi justru secara misterius mengalami percepatan. Pengamatan ini dapat dijelaskan dengan membuat postulat tentang adanya sejenis energi yang memiliki persamaan keadaan yang negatif, yaitu energi gelap.

Keberadaan energi gelap, dalam bentuk apapun, juga memecahkan masalah yang disebut "massa yang hilang". Teori nukleosintesis dentuman dahsyat mengatur pembentukan unsur-unsur ringan pada awal alam semesta, seperti helium, deuterium, dan litium. Teori struktur kosmos berskala besar mengatur pembentukan struktur alam semesta, bintang, kuasar, galaksi dan gugus galaksi. 

Kedua teori ini menunjukkan bahwa kepadatan baryon dan materi gelap yang dingin di alam semesta adalah sekitar 30% dari kepadatan kritikal untuk alam semesta yang tertutup. Ini adalah kepadatan yang diperlukan untuk membuat bentuk alam semesta rata. Pengukuran radiasi kosmik gelombang mikro latar belakang, baru-baru ini menggunakan satelit WMAP, menunjukkan bahwa alam semesta hampir datar. Oleh karena itu, kita tahu bahwa suatu bentuk energi pasti mengisi 70% yang lainnya.

 Sumber: http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_gelap

Cosmic Gravitational Wave Background

The cosmic gravitational wave background is a relic of the Cosmic inflation that can be measured directly or indirectly by examining the polarization of the Cosmic microwave background radiation. It is the result of three things: inflationary expansion of space itself, reheating after inflation, and turbulent fluid mixing of matter and radiation.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_gravitational_wave_background

Cosmic Neutrino Background

The cosmic neutrino background (CNB, CνB) is the universe's background particle radiation composed of neutrinos. They are sometimes known as relic neutrinos.

Like the cosmic microwave background radiation (CMB), the CνB is a relic of the big bang, and while the CMB dates from when the universe was 379,000 years old, the CνB decoupled from matter when the universe was 2 seconds old. It is estimated that today the CνB has a temperature of roughly 1.95 K. Since low-energy neutrinos interact only very weakly with matter, they are notoriously difficult to detect and the CνB might never be observed directly. There is, however, compelling indirect evidence for its existence.

Derivation of the temperature of the CνB

Given the temperature of the CMB, the temperature of the CνB can be estimated. Before neutrinos decoupled from the rest of matter, the universe primarily consisted of neutrinos, electrons, positrons, and photons, all in thermal equilibrium with each other. Once the temperature reached approximately 2.5 MeV, the neutrinos decoupled from the rest of matter. Despite this decoupling, neutrinos and photons remained at the same temperature as the universe expanded. However, when the temperature dropped below the mass of the electron, most electrons and positrons annihilated, transferring their heat and entropy to photons, and thus increasing the temperature of the photons. So the ratio of the temperature of the photons before and after the electron-positron annihilation is the same as the ratio of the temperature of the photons and the neutrinos today. To find this ratio, we assume that the entropy of the universe was approximately conserved by the electron-positron annihilation. Then using

,

where σ is the entropy, g is the effective degrees of freedom and T is the temperature, we find that

,

where T
0 denotes the temperature before the electron-positron annihilation and T
1 denotes after. The factor g
0 is determined by the particle species:

• 2 for photons, since they are massless bosons
• 2(7/8) each for electrons and positrons, since they are fermions

g
1 is just 2 for photons. So

.

Given the current value of T
γ = 2.725 K, it follows that T
ν ≈ 1.95 K.

The above discussion is valid for massless neutrinos, which are always relativistic. For neutrinos with a non-zero rest mass, the description in terms of a temperature is no longer appropriate after they become non-relativistic; i.e., when their thermal energy 3/2 kT
ν falls below the rest mass energy m
νc2. Instead, in this case one should rather track their energy density, which remains well-defined.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_neutrino_background