Cosmología – fondo cósmico de microondas
AREAtutorial » Tutoriales de Ingeniería » Cosmología – fondo cósmico de microondas
El CMB (Fondo Cósmico de Microondas) está compuesto esencialmente por fotones de la época en que la materia y la radiación estaban en equilibrio. En la década de 1920, la idea de un universo en expansión fue aceptada y pudo responder varias preguntas. Pero las preguntas sobre el contenido de los elementos más pesados y el contenido quedaron sin respuesta. Además, el universo en expansión implicaba que la densidad de la materia debería disminuir a 0.
En 1948, George Gammow y Ralph Alfer explicaron el origen de los elementos más pesados y su abundancia en el Big Bang. Junto con Robert Herman, predijeron la existencia de «Radiación Reliquia» o la radiación que quedó del «Big Bang». La temperatura prevista para esta radiación residual fue de 50-6 K. En 1965, Robert Dick, Jim Peebles y David Wilkinson, junto con el equipo de investigación de Amo Perisias, descubrieron experimentalmente el CMB.
El universo primitivo estaba muy caliente y la energía era demasiado alta para que la materia permaneciera neutra. Por lo tanto, la materia estaba en forma ionizada: Plasma… La radiación (fotones) y la materia (plasma) interactuaron principalmente a través de los siguientes tres procesos.
Dispersión de Compton – (Proceso de interacción básico) Dispersión inelástica entre un fotón de alta energía y una partícula cargada de baja energía.
Dispersión de Thomson – Dispersión elástica de un fotón sobre una partícula cargada libre.
Dispersión de Compton hacia atrás – Partícula cargada de alta energía y fotón de baja energía. Estas interacciones finalmente llevaron la materia y la radiación al equilibrio térmico.
En equilibrio térmico, la radiación obedece Distribución de energía de Planck,
$$ B_v (T) = \frac {2hv ^ 3} {c (e ^ {hv / k_BT} -1)} $$
En este momento, debido a interacciones muy frecuentes, el camino libre medio de fotones era muy pequeño. El universo era opaco a la radiación. La radiación prevaleció en el universo temprano. El universo se desarrolló de tal manera que la materia y la radiación alcanzaron el equilibrio térmico y su densidad de energía se volvió igual. Esto se puede ver en el gráfico que muestra el cambio de densidad en función del factor de escala. Averigüemos el factor de escala (tiempo) (a
$$ rho_m propto \frac {1} {a ^ 3}, : rho_r propto \frac {1} {a ^ 4} $$
$$ \frac { rho_ {m, t}} { rho_ {r, t}} = \frac { Omega_ {m, t}} { Omega_ {r, t}} = \frac { Omega_ { m, 0}} { Omega_ {r, 0}} a (m) $$
En un estado de equilibrio
$$ \frac { rho_ {m, t}} { rho_ {r, t}} = \frac { Omega_ {m, t}} { Omega_ {r, t}} = 1 $$
$$ \Rightarrow \frac { Omega_ {m, 0}} { Omega_ {r, 0}} a
usando $ Omega_ {m, 0} = 0.27 $ y $ Omega_ {r, 0} = 8 times 10 ^ {- 5} $. El corrimiento al rojo correspondiente a este factor de escala se define como:
$$ z = 1 / a
La densidad de energía de la radiación ha disminuido debido a la expansión del Universo. Así, el universo comenzó a enfriarse. Cuando la energía de los fotones comenzó a disminuir, comenzaron a formarse átomos neutros. Por lo tanto, alrededor del desplazamiento al rojo de 1300, comenzó a formarse hidrógeno neutro. En esta época, la temperatura estaba cerca de los 3000K.
La interacción entre la materia y la radiación se volvió muy rara y el universo se volvió transparente a la radiación. Este período de tiempo se llama «Superficie de la última dispersión» ya que el camino libre medio de los fotones se hizo muy grande, por lo que después de este período prácticamente no hubo dispersión. También es llamado «Fotosfera cósmica»…
El CMB está formado por fotones de una época en que la materia y la radiación estaban en equilibrio.
El universo primitivo era muy caliente y la energía era demasiado alta para que la materia permaneciera neutra, por lo que existía como materia-plasma ionizada.
La dispersión de Compton, la dispersión de Thomson y la retrodispersión de Compton eran entonces tres procesos de interacción de la materia y la radiación.
El universo ha evolucionado de modo que la materia y la radiación han alcanzado el equilibrio térmico.
🚫