Dichteparameter

Die mittlere Dichte verschiedener Materie- und Energieformen im Universum wird in der Kosmologie durch Dichteparameter (Symbol: Ω) angegeben. Dabei wird die tatsächliche Dichte ρ (Masse pro Volumeneinheit) durch die kritische Dichte geteilt, so dass man eine dimensionslose (einheitenlose) Größe erhält.

Kritische Dichte

Die kritische Dichte ist dabei gerade die Dichte, bei der das Universum flach ist, sie wird berechnet gemäß

$\rho_\mathrm{c} = \frac{3H_0^2}{8\pi G} \simeq 10^{-26}\,\frac{\mathrm{kg}}{\mathrm{m}^3}$

Dabei ist H₀ der aktuelle Hubble-Parameter und G die Gravitationskonstante. Der Dichteparameter ist entsprechend gegeben durch

$\Omega = \frac{\rho}{\rho_\mathrm{c}}$.

Im allgemeinen verändern sich die Dichteparameter mit der Zeit. Eine Ausnahme ist der Fall, wenn die Dichte ρ gleich der kritischen Dichte ist, also Ω = 1. Meist werden die Werte der Dichteparameter zum jetzigen Zeitpunkt angegeben.

Dichteparameter

Die Dichteparameter für verschiedene Materie- und Energiekomponente sind wichtige Parameter in der Kosmologie, da sie die Geometrie und die Entwicklung des Universums bestimmen.

Die Geometrie des Universums wird durch die gesamte Materie- und Energiedichte bestimmt. Je nach Wert des Dichteparameter ist die räumliche Geometrie des Universums

• hyperbolisch (Ω_tot < 1)
• flach (Ω_tot = 1)
• sphärisch (Ω_tot > 1).

Die Verteilung der Gesamtdichte auf verschiedene Materie- und Energieformen entscheidet über die Entwicklung, also insbesondere den zeitlichen Verlauf der Expansion des Universums.

Die Dichteparameter können sehr genau durch die Beobachtung von Temperaturfluktuationen der kosmologischen Hintergrundstrahlung und durch andere astronomische Beobachtungen bestimmt werden. Die derzeitigen Messungen (insbesondere durch den WMAP-Satelliten) ergeben im Rahmen des Standard-Modells der Kosmologie (isotropes und homogenes Universum, Dynamik beschrieben durch die Friedmann-Gleichungen) für die Gesamtdichte des Universums $\Omega_\mathrm{tot} = 1{,}02 \pm 0{,}02$, im Rahmen der Messgenauigkeit erscheint das Universum also flach. Der größte Teil des Universums besteht demnach aus Dunkler Energie mit negativem Druck, die etwa 70% der Energiedichte des Universums ausmacht (Dichteparameter $\Omega_{\Lambda} = 0{,}73 \pm 0{,}04$). Materie hat einen Dichteparameter $\Omega_\mathrm{M} = 0{,}27 \pm 0{,}04$, wobei der überwiegende Teil aus Dunkler Materie besteht, während gewöhnliche (baryonische) Materie nur mit $\Omega_{\mathrm{b}} = 0{,}044 \pm 0{,}004$ beiträgt. Weiter erwähnenswert ist elektromagnetische Strahlung, deren Beitrag mit $\Omega_{\mathrm{rad}} \approx 10^{-4}$ aber sehr klein ist.

Siehe auch

• Kosmologische Konstante
• Inflation (Kosmologie)
• Allgemeine Relativitätstheorie