CHƯƠNG 4. MỘT SỐ VẤN ĐỀ VŨ TRỤ HỌC
4.2 MỘT DIỄN TẢ THỐNG NHẤT TỚI VẬT CHẤT TỐI VÀ NĂNG LƯỢNG TỐI…
4.2.1 CÁC HƯỚNG CHÍNH TIẾP CẬN ĐẾN VẬT CHẤT TỐI VÀ NĂNG LƯỢNG TỐI
Sự tồn tại của vật chất tối đã được chỉ ra lần đầu tiên bởi Jan Oort (1930) và Frizt Zwicky (1933) [27] khi dựa trên các nghiên cứu về các đường cong quay của các thiên hà và các cụm thiên hà. Cácứng viên chính cho vật chất tối là MACHOs (Massive Astrophysical Compact Halo Objects) và WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles.).
Năng lượng tối là một dạng năng lượng chưa được biết với áp suất âm. Hiện tại nó đang gây ra sự giãn nở tăng tốc của Vũ trụ. Sự tồn tại của năng lượng tối đã được chỉ ra trực tiếp vào năm 1998 bởi hai nhóm nghiên cứu độc lập dựa trên các quan sát sao siêu mới loại Ia (Supernovae type Ia) [81, 84] và cũng gián tiếp được đề nghị bởi các nghiên cứu độc lập dựa trên các thăng giáng của bức xạ tàn dư 3 độ K [101, 55, 45], dựa trên việc ước lượng tuổi của các cụm thiên hà, các vật thể Vũ trụ già có dịch chuyển đỏ lớn [38], cùng việc nghiên cứu các dữ liệu tia X từ các cụm thiên hà [94]. Hiện nay có nhiều ứng viên cho năng lượng tối [63], ngoài các ứng viên vừa kể phần trên, có thể kể thêm là: X-matter, đây là một dạng vật chất được đặc trưng bởi một phương trình trạng thái pXX;1 0.; khí loại Chaplygin, đây là một loại chất lưu có phương trình trạng thái là p A/ với
0 1, và A là một hằng số dương.
Ngày nay người ta biết rằng sự phân biệt chính giữa vật chất tối lạnh không áp suất với năng lượng tối là dạng vật chất tối thì tụ lại ở những giai khoảng cách nhỏ, trong khi năng lượng tối lại phân bố một cách phẳng trong toàn thể Vũ trụ.
Các tính chất như vậy có lẽ liên hệ trực tiếp đến phương trình trạng thái của cả hai thành phần. Mới đây, các ý tưởng về một sự diễn tả thống nhất cho vật chất tối và năng lượng tối đã nhận được nhiều sự chú ý. Chẳng hạn, Wetterich [109] đã đề nghị rằng vật chất tối có thể bao gồm cả các cục (lump) quintessence, Kasuya [58]
đã chứng tỏ rằngkịch bản năng lượng tối loại spintessence nói chung là không bền khi tạo thành các Q – cầu, nó biểu hiện như là vật chất tối không áp suất. Mới đây, Kamenshchik và các cộng sự [59], Billic và các cộng sự [28], Beto và các cộng sự
[29] cũng đề nghị một sự thống nhất năng lượng tối theo kịch bản khí Chaplygin với vật chất tối.
Khí Chaplygin có phương trình trạng thái theo như trên p A/; 0 1.
Đối với < 1 phương trình này là sự tổng quát hóa của phương trình trạng thái của khí Chaplygin nguyên thủy, đối với =0 mô hình biểu hiện như vật chất tối lạnh có hằng sốVũ trụ (CDM). Một con đường khác cho việc diễn tả thống nhất giữa vật chất tối và năng lượng tối là các mô hình K – essence. Ý tưởng về K- essence được đưa vào đầu tiên như một mô hình có khả năng cho lạm phát [9].
Sau đó người ta thấy rằng mô hình K- essence này có thể cũng dẫn đến các mô hìnhđáng quan tâm cho năng lượng tối [10-11]. Người ta có thể xây dựng một lớp các mô hình lý thú từ mô hình K –essence. Trong các mô hình này, mật độ năng lượng của K- essence dần tìm (track) đến mật độ năng lượng bức xạ suốt trong thời kỳ bức xạ thống trị, nhưng nó tiến triển về một mật độ không đổi trong giai đoạn vật chất thống trị hiện nay. Trong lớp các mô hình này, vấn đề trùng nhau được giải quyết bằng cách liên kết lúc bắt đầu của giai đoạn năng lượng tối thống trị với giai đoạn bức xạ và vật chất bằng nhau.
R. J. Scherrer [93] mới đây đã khảo sát lại một lớp đặc biệt đơn giản các mô hình k- essence, trong đó Lagrangian chỉ chứa phần động năng, tức là một hàm của các đạo hàm của trường vô hướng và không phụ thuộc tường minh vào trường.
Ông ấy cũng khảo sát các mô hình như vậy trong trường hợp tổng quát. Mô hình này sinh một cách tự nhiên một mật độ năng lượng, nó là tổng của một thành phần bụi không tương đối tính với phương trình trạng thái w = 0 và một thành phần như hằng sốVũ trụ với phương trình trạng thái w = -1. Một đặc trưng quan trọng khác của các mô hình này là chúng sinh một cách tự nhiên một tốc độ âm thấp hơn vận tốc ánh sáng, cho phép thành phần bụi quầng tụ như vật chất tối.
Trong mô hình này chúng tôi cũng chỉ ra một diễn tả thống nhất tới vật chất tối và năng lượng tối [6, 8- DMCT]. Điểm đặc biệt của diễn tả này là nó không yêu cầu năng lượng tối với tính chất phản hấp dẫn, một tính chất được đòi hỏi
trong tất cả các mô hình năng lượng tối. Trong tiếp cận này chúng tôi hoàn toàn không phân biệt vật chất tối và năng lượng tối. Chúng tôi cũng dẫn ra một biểu thức mở rộng cho định luật hấp dẫn Newton, nó cho phép diễn tả thống nhất cảvật chất thông thường,vật chất tối lẫn năng lượng tối.