مطالعه اثرانرژي تاريک گوست بر فاکتور رشد ساختار هاي کيهاني

فهرست مطالب:

مقدمه. 1

فصل اول : مبانی از نسبیت عام و کیهان شناسی

1– 1 مقدمهستارهشناسي. 5

1-2 کيهانشناختنيوتوني. 5

1-3 نسبيتعاموديدمابهکيهان. 6

1 – 3 – 1 اصلهمارزي. 6

1-3-2 اصلماخ:. 7

1– 3 – 3 اصلهمورداييعام. 8

1-3-4 اصلتطابق:. 8

1-4 جوابهايغيرايستابرايکيهانوثابتکيهانشناسي. 11

1 –5 فضايدوسيته. 12

1-6 قانونومشاهداتهابلوانبساطعالم. 13

1 – 7 فاکتورمقياس،پارامترهابلوپارامترکندشوندگي. 14

1-8  انتقالبهسرخ،عاملمقياسوزمانکيهاني. 16

1– 9- اصلکيهانشناسي. 18

1-10 مدلاستانداردکيهانشناسيومتريکفريدمان- روبرتسون- واکر   18

1-10-1 مشکلاتمدلاستاندارد. 20

1-10-1-1مشکلافق. 20

1-10-1-2 مشکلتختبودنعالم. 21

1-10-1-3 مشکلتکقطبي. 21

1 – 10-2  معادلاتفريدمان. 22

1-10-3  کيهانبهعنوانسيالکامل. 23

1-10-4  جوابهايکيهانشناسيبرايغلبهماده. 24

1-10-4-1 جهانتخت. 25

1-10-4-2  جهانبسته. 26

1-10-4-3  جهانباز. 27

1 – 10-5  معادلهپيوستگي. 28

1 – 11  هندسهکيهان. 30

1-11-1 هندسهتخت. 30

1-11-2هندسهکروي. 31

1-11-3 هندسههذلولوي. 32

1-12 پارامترچگالي. 33

1-13 افقکيهان. 36

1-13- 1  افقهابلي:. 36

1-13-2 افقذره. 36

1-13-3  افقرويداد. 37

فصل دوم : انرژی تاریک ، شواهد رصدی ، مفاهیم و مدل های معروف آن

شواهدرصديانرژيتاريک. 41

2-1  شواهدرصديوجودانرژيتاريك. 41

2-1-1 مشاهداتابرنواخترينوعIa. 41

2-1-2 تابشپسزمينهکيهاني. 44

2-1-3 انفجارهايپرتوگاما. 46

2-1-4ساختارهايبزرگمقياس. 47

2-1-5 شواهدرصديديگر (اثرساچ-ولف،نوساناتمادهباريوني،تابشايکس )   51

2-2  مفهومانرژيتاريک. 54

2-2-1 مفهومفشارمنفيوشرطانبساطتندشونده. 55

2– 3 مدلهايانرژيتاريک. 59

2-3-1 ثابتکيهانشناسي. 59

2-3-1-1مشکلاتثابتکيهانشناسي. 64

2-3-1-2  برهمکنشمادهوانرژيتاريک. 67

2-3-2مدلهايميدانهاياسکالر. 68

2-3-2-1 مدلکوينتسنس. 69

2-3-2-2 مدلفانتوم. 70

2-3-2-3مدلکوينتوم. 72

2-3-3مدلهايبرهمکنشيانرژيتاريک. 73

2-3-3-1 مدلانرژيتاريکايجگرافيک. 73

2-3-3-2مدلگوست :. 78

فصل سوم : تشکیل ساختارهای کیهانی

3-1مقدمهتشکيلساختارهايکيهاني. 85

3-2 ناپايداريگرانشيدرجهانايستا:. 89

3-3 طولجنيز. 92

3-3-1 بررسيطولجينزدرابعادکيهاني. 94

3-3-2 بررسيطولجينزبرايمولفهتابشجهان. 95

3-3-3 جرمجينز. 96

3-4 ناپايداريگرانشيدرجهانمنبسطشونده. 97

3-5 تحليلدادههايرشدساختاريمدلانرژيتاريکگوست. 104

نتيجهگيري. 109

منابع. 111

 

 

 

فهرست جدول ها

جدول 3-1دادههايرصديf(z) . 107

 

 

 

فهرست شکل ها

شکل 1-1 نمودارسرعتبرحسبفاصلهبراي1355کهکشان.. 13

شكل 1-2تصويرمربوطبهفاكتورمقياس.. 17

شكل 1-3 رفتارaبرحسبزمانبهازايمقاديرمتفاوتk.. 19

شکل1-4 ترسيمهندسههايمتناظربا𝑘>0  (کيهانبسته(،𝑘= 0  (کيهانتخت)،𝑘<0  (کيهانباز).. 33

شکل 1-5بهترتيبازبالابهپائين،هندسههايبسته،بازوتختبرايمقاديرمتفاوتچگالي   35

شکل 2-1نمودارمدولفاصلهبرحسبz.. 49

شکل2-2نمودارطيفتوانيبهدستآمدهازتحقيقات 7سالهWMAP. 50

شکل 2-3نمودارهابل69انفجارپرتوگاماتاردشيفتهايبزرگتراز6   50

شکل 2-4مقاديرکانسترينشدهبرايچگاليبيبعدانرژيتاريکومادهکهبااستفادهازدادههايCMB.. 53

شکل2-5.رسمنمودارسنکيهانبرايدومدل 1) کيهانتخت 2) کيهانباز   64

شکل2-6رسمنمودارپارامترمعادلهحالتانرژيتاريکبرحسبn.. 76

شکل 3-1 نقشهايازساختارهايبزرگمقياسشامل کهکشان.. 88

شکل 3-2 چگالينوساناتدراجزاينوساناتدراجرايمختلفتکاملجهانبازمان   102

شکل 3-3 نمودار تحولتباينچگالينسبتبهفاکتورمقياس.. 104

شکل 3-4 نمودار تحولفاکتوررشدبرحسبفاکتورمقياس.. 105

شکل 3-5نمودار تحولتابعرشدبرحسبفاکتورمقياس.. 106

شکل  3-6نمودار برحسبانتقالبهسرخ.. 107

شکل 3-7نمودارf(z) برحسبانتقالبهسرخومقايسهبادادههايرصدي   108

 

مقدمه

شناختوبررسينظمموجوددرکيهان،هميشهازبارزترينپرسشهايمردمبودهاست. گاهيآنرابااسطورهآميختهاندوگاهيبااندکيواقعيت. آنچهامروزهعلمکيهانشناسينوينميناميم،دانشي استکهبيشاز 3000 سالدرمحافلعلميموردبحثقرارگرفتهتابهصورتامروزيدرآمدهاست.يکياز اهدافکيهانشناسيتوصيفعالماستوموفقتريننظريهدراينزمينهنظريهمهبانگاست. درايننظريه فرضميشودجهانبهيکباره،درانفجاريبزرگزادهشدهاست. درعالماوليهفقطنوربودومادهيونيزهشده. تابشدرمهغليظمادهبهدامافتادهبودوليباانبساطعالموسردشدنآن،الکترونهاوپروتونهاتشکيلاتم هايخنثيدادندومادهتواناييبهدامانداختنتابشراازدستداد. امروزه، 14 ميلياردسالبعد،فوتونهايآزاد شدهازقيدماده،تابشزمينهکيهانيراتشکيلميدهند. بيشترکيهانشناسانبراينباورندکهکهکشانهايي کهماامروزهمشاهدهميکنيمناشيازجاذبهگرانشيافتوخيزهايکوچکيهستندکهدرجهانتقريباهمگن اوليهوجودداشتهاست )تابشزمينهکيهاني گواهيبراينافتوخيزهااست(. زمانيکهاخترشناسانباروشهاي گرانشي،جرمدرونکهکشانهاياخوشههاي کهکشانيرامحاسبهکردند،متوجهشدندمقدارآنازجرممرئي کهکشانکهدرطولموجهاينورديدهميشود،بيشتراست؛بههمينعلتنوعجديديازمادهبهنامماده تاريکرادرنظريههايخودواردکردند. بارصدابرنواخترهاينوع Iaدرکهکشانهايبسياردوردست،مشاهده شدکهانبساطعالمروبهشتابگرفتناست. ايندستاوردبانظريهايکهبراساسچگاليمادهعالمبود،مغايرت داشت. بهاينترتيب،اخترشناساننوعجديديازانرژيرا،بهنامانرژيتاريک،کهموجبانبساطعالمميشود درنظريههايخودواردکردند. مدلهايينيزبرايانرژيتاريکمطرحشدندکهبتوانندبهنحومطلوبيوجود انرژيتاريکراتوجيهکنند.

انرژي تاريک نه تنها راه حل مناسبي براي توصيف انبساط  تند شونده ي کيهان است بلکه اثر چشم گيري بر روي تشکيل ساختارهاي کيهاني مانند کهکشان ها و خوشه هاي کهکشاني دارد.

در اين پروژه هدف اين است که مدل انرژي تاريک گوست را در سناريوي تشکيل ساختارهاي کيهاني محک بزنيم. براي اين کار فاکتور رشد  را در انبساط تند شونده ي کيهاني محاسبه مي کنيم به طوري که منشاء اين انبساط تند شونده انرژي تاريک گوست است. مقايسه نتايج اين بررسي با مدل استاندارد کيهان شناسي مي تواند ارزش اين مدل را از نقطه نظر تشکيل ساختارهاي کيهاني برآورد کند.

از طرف ديگر با محاسبه ي واريانس جرمي داخل ساختارها به شعاع 8MPC که آن را  مي ناميم و قادر خواهيم بود که مقدار  را در اين مدل محاسبه کنيم و در نهايت  با استفاده از آناليز chi – squared با داده هاي رصدي مقاي