--------------------
Dark energy, curvature, and cosmic coincidence
I am back to Europe, and back to work, as I said previously.
Fresh news, by the way. I have been working on an alternative model of quintessence (= dark energy) that could in principle throw some light in the previously discussed coincidence problem. With the results I have written a paper, that might be on the arxiv by tomorrow morning, under the number astro-ph/0509177 (you only can check it after Sept. 8th).
The whole idea is very simple, and is something I´ve been thinking about for a while. Suppose for instance, that the universe is slightly non-flat. Ok, I know about the old flatness problem, which solution is one of the great sucesses of inflationary scenario, but let's just suppose for a while that cosmic microwave background, CMB for short, observations say that the universe is slightly closed - remember that the best fit of WMAP satellite is for a total density parameter 1.02 + - 0.02. This parameter, called \Omega, is related to the spatial curvature of the universe, being larger than 1 if the universe is closed, = 1 if it is flat, or lower than 1 if it is open (if you are complete lost about this point, try here).
If the universe is non-flat, we (cosmologists) would really be "in trouble", since we would have another coincidence to explain: why the universe presents a small spatial curvature right "now". This is a problem because, for instance, an open universe tends to dilute its energy content very rapidly, and a closed one tends to contract again after a while. The flat universe is the only one that is stable.
But surprises always can come, and observations can indicate a non-flat universe, although I have to be clear here: until now, ALL the cosmological data are consistent with a flat universe. The possibility it is non-flat still exists, but it would be much simpler if it was.
But then, assuming 2 things: (a) a non-flat universe, and (b) that the potential of the quintessence field depends on the curvature, we get a very nice solution for the fact that matter and quintessence contribute almost equally to the energy content of the universe today.
The fact the curvature is small, but different from zero, triggers the quintessence field to start its domination around the present epoch in a very natural way. Besides of that, this model has only one free parameter, and for almost all values of it, the quintessence field behaves today like a cosmological constant!! That is, one can solve the problem in a natural way, with no fine-tunings (except, of course and again, the fact the universe should present a spatial curvature).
But of course, it also has its "problems": it is just a model, that by now it is only phenomenological (in the sense it was not obtained from a modification of general relativity or from a particle physics model. It was an "educated guess", that physicists like to call an "ansatz", although by no means I am saying it cannot be obtained - this is an open question).
Also one has to consider that up to now, everything is consistent with a flat universe, and a spatial curvature could be seen as a complication of the current cosmological scenario.
Despite of that, I still think it is a model worth of investigating, for several reasons. First of all, a universe with spatial curvature might not be the most beautiful thing for a cosmologist, but still is a possibility, especially to be tested with the forthcoming results of CMB experiments. Also, because it presents some interesting features, like the fact of having no fine tuning in the parameter to generate a cosmological constant-like solution (and the values of the curvature used are well within the present uncertainties on this parameter).
Of course, if tomorrow data indicate the universe is flat "for sure" (= with enough precision), then the model and its variants lose the appeal. But at least for now, it seems a cool toy model. As happens in science, we let the last word with Ms. Nature.
PS: Today is the Brazilian independence day , and for that reason I´ll put a small Brazilian flag here :-) .
--------------------
Energia escura, curvatura e coincidência cósmica
De volta a Europa e ao trabalho, como havia dito antes.
Aliás, em primeira mão: tenho trabalhado num modelo alternativo de quintessência (= energia escura) que, pelo menos em princípio, poderia nos ensinar algo sobre o já discutido problema da coincidência. Com os resultados escrevi um paper, que deve estar amanhã no arxiv, sob o número astro-ph/0509177 (só acessível depois do dia 08 de Set.).
A idéia toda é muito simples, e é algo que venho pensando faz um tempo. Vamos admitir, por exemplo, que o universo é ligeiramente espacialmente curvado. Ok, conheço o velho problema do universo plano [em inglês], cuja resolução é um dos grandes sucessos do cenário inflacionário [em inglês], mas vamos supôr por um momento que as observações da radiação cósmica de fundo, CMB [em inglês] digam que o universo é levemente fechado - lembre-se que o melhor ajuste aos ddos do satélite WMAP indicam um parâmetro de densidade total igual a 1.02 + - 0.02. Este parâmetro, chamado \Omega, está relacionado à curvatura espacial do universo, sendo maior 1 se o universo é fechado, =1 se plano, ou menor que 1 se aberto (se você perdeu o ponto, tente aqui [em inglês]).
Se o universo realmente não é plano, nós (cosmólogos) estamos com sérios problemas, uma vez que teríamos que explicar outra coincidência: por que o universo apresenta curvatura espacial justamente "agora". Isto é um problema porque em um universo aberto, por exemplo, o conteúdo energético tende a diluir-se muito rapidamente, enquanto um fechado tende a se contrair depois de um certo tempo. O universo plano é o único que é estável.
Mas surpresas sempre podem surgir, e as observações podem indicar que o universo não é plano, embora eu deva ser claro aqui: até agora, TODOS os dados cosmológicos são consistentes com um universo plano. A possibilidade que ele não seja plano ainda existe, mas ele seria muito mais simples se fosse.
Continuando, supomos então 2 coisas: (a) um universo com curvatura, e (b) que o potencial da quintessência depende da curvatura. Com isso, conseguimos uma solução bastante simples para o fato que quintessência e matéria contribuem mais ou menos com a mesma coisa para o conteúdo energético do universo atual.
O fato que a curvatura é pequena (e diferente de zero) é o estopim necessário para que o campo da quintessência comece sua dominação em torno da época atual de uma maneira bastante natural. Além disso, o modelo tem um único parâmetro livre, e para quase todos os valores dele a quintessência tem um comportamento parecido ao da constante cosmológica !! ou seja, o problema é resolvido de maneira natural, sem ajustes finos (exceto, é claro e de novo, o fato do universo apresentar uma curvatura espacial).
Mas é claro, também há "problemas": é apenas um modelo, que até agora é apenas fenomenológico (no sentido de que não foi obtido de uma modificação da relatividade geral ou de um modelo de física de partículas. Foi um "chute", o que os físicos gostam de chamar de "ansatz", embora de forma alguma eu esteja dizendo que ele não pode ser obtido - isto ainda é uma questão em aberto).
Além disso, há o fato que até hoje, todos os dados são consistentes com um universo plano, e uma curvatura espacial poderia ser vista como uma complicação desnecesária.
Apesar disso, ainda acho que é um modelo que vale a pena ser pesquisado, por várias razões. Em primeiro lugar, um universo com curvatura pode não ser a coisa mais linda do mundo para nós cosmólogos, mais ainda é uma possibilidade a ser testada com os dados futuros de CMB. Além disso,ele também apresenta algumas características interessantes, como o fato de não ter ajuste fino no parâmetro do modelo para gerar uma solução do tipo constante cosmológica (e os valores de curvatura usado estão dentro das incertezas atuais na medida desse parâmetro).
Se amanhã os dados indicarem que o universo "com certeza" (= com precisão suficiente), então o modelo e seus variantes perdem o sentido. Mas pelo menos por agora, parece um modelo viável. Como sempre em ciência, deixamos a última palavra para a Sra. Natureza.
PS: Hoje é dia da Independência!
0 comments:
Post a Comment