宇宙膨張計算機

宇宙膨張とは、大きく離れ、重力的に束縛されていない領域の間の距離が増加することです。赤方偏移zは光子の波長が放射時からどれだけ伸びたかを示し、放射時のスケール因子はa = 1/(1 + z)です。ハッブル定数H₀は現在の膨張率を、毎秒キロメートル毎メガパーセクで表します。すべての物体が静止した空間を距離に比例する速さで飛んでいるという意味ではありません。宇宙論では空間の幾何自体が変化し、近傍の束縛された系は同じようには膨張に参加しません。 この計算機は、物質と暗黒エネルギーからなる平坦なモデルを使います。指定した赤方偏移での膨張率はH(z) = H₀√[Ωm(1 + z)³ + ΩΛ]です。物質密度はスケール因子の三乗に反比例するため、過去ほど物質が力学的に重要になります。一方、宇宙定数の密度は一定です。現在の例示的な値としてΩmは0.3付近、ΩΛは0.7付近がよく用いられます。放射と曲率は省いているため、赤方偏移があまり大きくなく、入力密度がほぼ平坦な宇宙を表す場合に適しています。 膨張する宇宙の距離には複数の定義があります。視線方向の共動距離は現在を基準にした座標間隔を保ち、c/H₀に1/E(z)の数値積分を掛けて求めます。本ページではシンプソン則で積分します。光度距離は共動距離の(1 + z)倍で、天体本来の光度と観測フラックスを結び付けます。ここでは表示しない角径距離は、共動距離を(1 + z)で割った値です。これらが近い値になるのは近傍の天体だけなので、観測に適した定義を選ぶことが重要です。 ルックバックタイムは参照値として表示します。独立に求めるには別の宇宙論的積分と、全エネルギー成分についての仮定が必要だからです。例に注記を付けたり、外部で得た年齢推定と距離結果を比較したりできます。この出力は学習用であり、精密な宇宙論解析基盤ではありません。高赤方偏移の研究では、放射、ニュートリノ、必要に応じた曲率、パラメータ共分散、厳密に管理された数値計算法を含めるべきです。研究論文でも固有距離、共動距離、光度距離、角距離は慎重に区別されます。観測解析では、単一の計算結果を測定値とせず、最新のサーベイ値、確立した宇宙論ライブラリ、不確かさの伝播、査読済みの手法を使ってください。