"Ist die Dunkle Energie nur eine kosmische Fata Morgana

[tomS]

Ein neuer Beitrag zu dem Thema:

http://arxiv.org/abs/1102.1015
Observational constraints on inhomogeneous cosmological models without dark energy
Valerio Marra, Alessio Notari
(Submitted on 4 Feb 2011 (v1), last revised 24 May 2011 (this version, v2))
Abstract: It has been proposed that the observed dark energy can be explained away by the effect of large-scale nonlinear inhomogeneities. In the present paper we discuss how observations constrain cosmological models featuring large voids. We start by considering Copernican models, in which the observer is not occupying a special position and homogeneity is preserved on a very large scale. We show how these models, at least in their current realizations, are constrained to give small, but perhaps not negligible in certain contexts, corrections to the cosmological observables. We then examine non-Copernican models, in which the observer is close to the center of a very large void. These models can give large corrections to the observables which mimic an accelerated FLRW model. We carefully discuss the main observables and tests able to exclude them.

Es werden zwei Modelle diskutiert, nämlich zum einen der Fall, dass wir (näherungsweise) im Zentrum eines Voids sitzen (nicht-kopernikanische Modelle), sowie der allgemeine Fall, dass wir keine spezielle Position im Universum einnehmen (kopernikanische Modelle). Dann werden zwei Effekte diskutiert, die eine mögliche Erklärung der kosmologsichen Konstanten als Scheineffekt nahelegen, nämlich
1) die Lichtausbreitung in einem inhomogenen Universum ("weak backreaction")
2) die Rückwirkung der Inhomogenitäten auf die Dynamik und Geometrie des Universums, d.h. der Abweichung von einer FRW-Geometrie ("strong backreaction")

Zunächst zu den kopernikanischen Modellen: Über die Größenordnung von 2) besteht anscheinend noch keine Einigkeit; bzgl. 1) scheint es jedoch so zu sein, dass hieraus ein gewisser Beitrag zu einer "beschleunigten Expansion" erklärbar ist, der Effekt insgs. jedoch zu klein ist, um die Beobachtungsdaten vollständig zu erklären. Ein Problem ist, dass es bisher noch kein Modell gibt, das beide Mechanismen 1) und 2) vereint, so dass sie bisher immer nur (künstlich) getrennt diskutiert werden

In den nicht-kopernikanischen Modellen schien zunächst eine vollständige Erklärung möglich (wobei diese Modelle jedoch aus philosophischen Gründen fragwürdig erscheinen), allerdings sind diese inzwischen wohl doch eher mit gewissen Zweifeln behaftet.

[tomS]

Wieder mal Neuigkeiten zu dem Thema.

Die bisherigen Ansätze zur Erklärung der beschleunigten Expansion ohne kosmologische Konstante gingen davon aus, dass wir mehr oder weniger nahe des Zentrums eine "genügend großen" kosmischen Voids lokalisiert sind und sich die scheinbare beschleunigte Expansion durch Inhomogenitätseffekte ergibt. Daran wurde mehrfach Kritik geäußert, zum einen an der Tatsache, dass wir einen sehr speziellen Platz im Universum bewohnen müssten (im Zentrum eines Voids) und zum anderen daran, dass diese Modelle offensichtlich die beobachtete Größenordnung nur sehr schwer reproduzieren können.

Ich habe eine neue Idee in der Literatur entdeckt, die eine eher fraktale Struktur der Materieverteilung annimmt (was sich ja recht gut mit der beobachteten Filamentstruktur deckt). Dabei bin ich hauch über einen (für mich) neuen Begriff gestolpert, das Sandage-de Vaucouleurs Paradoxon. Dies lässt sich im wesentlichen wie folgt beschreiben:
- statistisch gesehn darf man Homogenität der Materieverteilung erst oberhalb von ca. 200 Mpc annehmen
- man beobachtet jedoch bei wesentlich kleineren Skalen ab ca. 2Mpc eine in sehr guter Näherung lineare Expansionsrate (passend zur Hubblekonstanten)
- eigtl. erwartet man eine recht starke statistische Streuung der Fluchtgeschwindigkeiten; man beobachtet jedoch eine sehr geringe Streuung
- offensichtlich führen die FLRW-Modelle (auch ohne Lambda!) zu Homogenität und Isotropie der Fluchtgeschwindigkeiten
Modelle zur Lösung des Rätsels der DE sollten auch diese Beobachtung ohne Zusatzannahmen erklären können

http://arxiv.org/abs/1201.5720v1
The fractal bubble model with a cosmological constant
Authors: Stefano Viaggiu
(Submitted on 27 Jan 2012)
Abstract: We generalize the fractal bubble model (FB), recently proposed in the literature as an alternative to the standard $\Lambda$CDM cosmology, to include a non-zero cosmological constant. We retain the same volume partition of voids and walls as the original FB model, and the same matching conditions for null geodesics, but do not include effects associated with a nonuniform time flow arising from differences of quasilocal gravitational energy that may arise in the coarse-graining process. The Buchert equations are written and partially integrated and the asymptotic behaviour of the solutions is given. For a universe with $\Lambda=0$, as it is the case in the FB model, an initial void fraction with hyperbolic curvature evolves in such a way that it asymptotically fills completely our particle horizon. Conversely, in presence of a non vanishing $\Lambda$, we show that this does not happen and the voids fill a finite fraction $f_{v_{\infty}}<1$, where the value of $(1-f_{v_{\infty}})$ is expected to depend on $\Lambda$ and the initial fraction $f_{vi}$ and also to be small. For its determination, a numerical integration of the equations is necessary. Finally, an interesting prediction of our model is a formula giving a minimum allowed value of present day dark energy as a function of the age of the universe and of the matter and curvature density parameters at our time.

[gravi]

Ich denke eher nicht, dass wir einen Spezialplatz im Universum gemietet haben.
Sicher könnte man es akzeptieren, dass wir in einem void sitzen, würden nicht die Beobachtungen dagegen sprechen.
Ich meine damit, dass wir mit unserer Galaxie ja nicht allein sind, sondern im Lokalen Haufen hängen, der sicher auch mit größeren Strukturen verbunden ist.

Gegen den void spricht auch, dass diese Leerräume doch wirklich leer sind, mit Ausnahme dünnen Gases.

Gruß
gravi

[tomS]

unser Void wäre so groß, dass wir praktisch nur ihn 'sehen' könnten; überleg mal, mehrere 100 MPc ...

[Skeltek]

Ich denke eher nicht, dass wir einen Spezialplatz im Universum gemietet haben.
Sicher könnte man es akzeptieren, dass wir in einem void sitzen, würden nicht die Beobachtungen dagegen sprechen.
Ich meine damit, dass wir mit unserer Galaxie ja nicht allein sind, sondern im Lokalen Haufen hängen, der sicher auch mit größeren Strukturen verbunden ist.

Gegen den void spricht auch, dass diese Leerräume doch wirklich leer sind, mit Ausnahme dünnen Gases.

Gruß
gravi

Der "Dark Flow" ist ein starkes Indiz gegen das kosmologische Prinzip. Auch wenn unsere Hubblesphäre in einem relativ gleichmäßig gestalteten Gebiet von 10^20 Hubbleradien hängt, ist es unmöglich zu sagen, wie es in 10^22 Hubbleradien Entfernung aussieht. Möglicherweise befindet sich sogar unsere gesammte Hubblesphäre im Einzugsbereich eines großen SLs oder nahe eines EHs(bei geeigneten Parametern würde man fast nichts davon merken).
Ich glaube mit "Void" ist hier ein deutlich größeres Areal mit 1-10 Hubbleradien gemeint? Also daß unsere Hubblesphäre eine extrem underdurschnittliche Dichte aufweist. Sorry, hab keine Zeit gehabt die Papers zu lesen...
Man kann die beschleunigte Expansion als "optische Täuschung" verursacht durch eine unterdurchschnittliche Materiedichte unseres unmittelbaren Raums deuten, oder durch ein mehrere Hubblesphären Radius Materiedichte verursachte Tatsache. Hab das Paper zeitbedingt noch nicht lesen können.

[gravi]

unser Void wäre so groß, dass wir praktisch nur ihn 'sehen' könnten; überleg mal, mehrere 100 MPc ...

Ich denke auch, dass wir im Umkreis von 100 MPc und mehr viel zu viel sehen, als dass dieser void zutreffend sein könnte.

Gruß
gravi

[Skeltek]

- statistisch gesehn darf man Homogenität der Materieverteilung erst oberhalb von ca. 200 Mpc annehmen
- man beobachtet jedoch bei wesentlich kleineren Skalen ab ca. 2Mpc eine in sehr guter Näherung lineare Expansionsrate (passend zur Hubblekonstanten)
- eigtl. erwartet man eine recht starke statistische Streuung der Fluchtgeschwindigkeiten; man beobachtet jedoch eine sehr geringe Streuung
- offensichtlich führen die FLRW-Modelle (auch ohne Lambda!) zu Homogenität und Isotropie der Fluchtgeschwindigkeiten
- statistisch gesehn darf man Homogenität der Materieverteilung erst oberhalb von ca. 200 Mpc annehmen
- man beobachtet jedoch bei wesentlich kleineren Skalen ab ca. 2Mpc eine in sehr guter Näherung lineare Expansionsrate (passend zur Hubblekonstanten)
- eigtl. erwartet man eine recht starke statistische Streuung der Fluchtgeschwindigkeiten; man beobachtet jedoch eine sehr geringe Streuung
- offensichtlich führen die FLRW-Modelle (auch ohne Lambda!) zu Homogenität und Isotropie der Fluchtgeschwindigkeiten

Soll das jetzt heißen, daß man aufgrund des durschnittlichen Superhaufen-Abstands von 50 MPc erst ab 200MPc von einer relativen Homogenität der Materiedichte sprechen kann?
Wieso soll es aufgrund dessen verwunderlich sein, daß man bei kleinen Skalen von 2MPc keine Divergenzen der Expenansionrate feststellt?
Ich komme hier nicht ganz mit... wenn A nicht impliziert B, dann ist doch B ohne A kein Widerspruch?

Gruß, Skel


ps: Aus Interesse meinerseits:
Man spricht ja immer davon, daß das Universum beschleunigt expandiert... Nehmen wir an das wäre Tatsache. Ist die Beschleunigung konstant, oder geht sie asymptotisch gegen einen Wert?