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Un universo en expansión generalmente tiene un horizonte cosmológico que, por analogía con el horizonte más familiar causado por la curvatura de la superficie de la Tierra, marca el límite de la parte del universo que un observador puede ver. La luz (u otra radiación) emitida por los objetos más allá del horizonte cosmológico nunca llega al observador, porque el espacio entre el observador y el objeto se está expandiendo demasiado rápido.
Historia del universo: se supone que las ondas gravitacionales surgen de la inflación cósmica, una expansión más rápida que la luz justo después del Big Bang
El universo observable es un parche causal de un universo no observable mucho más grande; Hay partes del universo que aún no pueden comunicarse con nosotros. Estas partes del universo están fuera de nuestro horizonte cosmológico actual. En el modelo estándar de Big Bang, sin inflación, el horizonte cosmológico se mueve hacia afuera, trayendo nuevas regiones a la vista. Sin embargo, como un observador local ve estas regiones por primera vez, no se ven diferentes de cualquier otra región del espacio que el observador local ya haya visto: tienen una radiación de fondo que es casi exactamente la misma temperatura que la radiación de fondo de otras regiones , y su curvatura espacio-temporal está evolucionando paso a paso con la nuestra. Esto presenta un misterio: ¿cómo sabían estas nuevas regiones qué temperatura y curvatura debían tener? No podrían haberlo aprendido al recibir señales, porque antes no estaban en comunicación con nuestro cono de luz pasado.
La inflación responde a esta pregunta al postular que todas las regiones provienen de una era anterior con una gran energía de vacío, o constante cosmológica. Un espacio con una constante cosmológica es cualitativamente diferente: en lugar de moverse hacia afuera, el horizonte cosmológico permanece fijo. Para cualquier observador, la distancia al horizonte cosmológico es constante. Con el espacio exponencialmente expansivo, dos observadores cercanos se separan muy rápidamente; tanto, que la distancia entre ellos supera rápidamente los límites de las comunicaciones. Los cortes espaciales se están expandiendo muy rápido para cubrir grandes volúmenes. Las cosas se mueven constantemente más allá del horizonte cosmológico, que está a una distancia fija, y todo se vuelve homogéneo muy rápidamente.
A medida que el campo inflacionario se relaja lentamente hacia el vacío, la constante cosmológica va a cero y el espacio comienza a expandirse normalmente. Las nuevas regiones que aparecen a la vista durante la fase de expansión normal son exactamente las mismas regiones que fueron expulsadas del horizonte durante la inflación, por lo que están necesariamente a la misma temperatura y curvatura, ya que provienen del mismo pequeño espacio. .
La teoría de la inflación explica por qué las temperaturas y las curvaturas de las diferentes regiones son tan iguales. También predice que la curvatura total de un segmento espacial en tiempo global constante es cero. Esta predicción implica que la materia ordinaria total, la materia oscura y la energía de vacío residual en el universo tienen que sumarse a la densidad crítica, y la evidencia lo respalda firmemente. Más sorprendentemente, la inflación permite a los físicos calcular las mínimas diferencias de temperatura de diferentes regiones a partir de las fluctuaciones cuánticas durante la era inflacionaria, y muchas de estas predicciones cuantitativas han sido confirmadas.
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La radiación de fondo cósmico de microondas y la relación cosmológica de desplazamiento al rojo-distancia se consideran juntas como la mejor evidencia disponible para la teoría del Big Bang. Las mediciones del CMB han convertido la teoría inflacionista del Big Bang en el Modelo Estándar de Cosmología. El descubrimiento del CMB a mediados de la década de 1960 redujo el interés en alternativas como la teoría del estado estacionario.
El CMB esencialmente confirma la teoría del Big Bang. A fines de la década de 1940, Alpher y Herman razonaron que si hubiera una gran explosión, la expansión del Universo habría estirado y enfriado la radiación de alta energía del Universo temprano en la región de microondas y hasta una temperatura de aproximadamente 5 K. Estaban ligeramente equivocados con su estimación, pero tenían exactamente la idea correcta. Ellos predijeron el CMB. Penzias y Wilson tardaron otros 15 años en descubrir que el fondo de microondas estaba realmente allí.
El CMB ofrece una instantánea del universo cuando, según la cosmología estándar, la temperatura bajó lo suficiente como para permitir que los electrones y protones formen átomos de hidrógeno, haciendo que el universo sea transparente a la radiación. Cuando se originó unos 380,000 años después del Big Bang, esta vez se conoce generalmente como el “tiempo de la última dispersión” o el período de recombinación o desacoplamiento, la temperatura del universo fue de aproximadamente 3000 K. Esto corresponde a una energía de aproximadamente 0.25 eV, que es mucho menor que la energía de ionización de 13.6 eV del hidrógeno.
Desde el desacoplamiento, la temperatura de la radiación de fondo ha disminuido en un factor de aproximadamente 1.100 debido a la expansión del universo. A medida que el universo se expande, los fotones CMB se desplazan hacia el rojo, lo que hace que la temperatura de la radiación sea inversamente proporcional a un parámetro llamado longitud de escala del universo. La temperatura T r del CMB en función del desplazamiento al rojo, z, puede ser proporcional a la temperatura del CMB como se observa en la actualidad (2.725 K o 0.235 meV).
Fuente: Wikipedia
