Una de las ideas más fundamentales en la cosmología teórica es describir la densidad de materia o energía de bariones, materia oscura, energía oscura y radiación en diferentes momentos durante la historia del Universo. Para describir esa evolución temporal, utilizamos un número ‘z’ denominado ‘desplazamiento al rojo’ que se correlaciona monotónicamente con el tiempo. Básicamente, a través de distancias cosmológicas, la luz tarda mucho tiempo en viajar (también hay algunos efectos relativistas generales claros que entran en el desplazamiento al rojo cosmológico, pero no voy a entrar en eso), por lo que puede ver cuán ‘desplazada al rojo’ es cierta emisión y eso te dice en qué momento de la evolución del Universo se emitió la luz: este es el fundamento de la historia cosmológica del Universo.
Esto es todo para decir que las densidades de energía y materia que describí están correlacionadas con el desplazamiento al rojo: la densidad en z = 0 es cuán denso es el universo hoy, la densidad en z = 12 es la densidad cuando las estrellas comenzaron a formarse, la densidad en z = 1100 es la densidad cuando se formó el fondo cósmico de microondas, volviendo a z [math] \ rightarrow \ infty [/ math] que es cuando ocurrió el Big Bang. La densidad total del Universo es en realidad un valor especial llamado densidad crítica que se usa en muchos contextos astrofísicos más allá de la cosmología, incluidos los estudios de estructura a gran escala y evolución de galaxias. Su valor es:
Donde H es la constante de Hubble (que también varía con el desplazamiento al rojo y le da a la densidad crítica su dependencia del desplazamiento al rojo) y G es la constante gravitacional universal , que si no sabe mide la atracción debido a la gravedad entre las masas.
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La densidad crítica de hoy está dada por el valor de la constante de Hubble hoy, [matemáticas] H_ {0} \ aproximadamente 70 [/ matemáticas] km / s / Mpc (eso es kilómetros por segundo por megaparsec). Esto proporciona una densidad crítica de aproximadamente [matemática] 9 \ veces 10 ^ {- 27} \ matemática {kg} [/ matemática] [matemática] \ matemática {m} ^ {- 3} [/ matemática] o aproximadamente 6 protones por metro cúbico.
Ahora la densidad crítica representa la densidad de energía total (piense en la equivalencia entre materia y energía de la relatividad general) de toda la materia y la energía en el Universo, incluida la materia bariónica, la materia oscura, la energía oscura y la radiación. Solo alrededor de una cuarta parte de la densidad de energía del Universo es materia, y de eso, solo alrededor del 15% es materia bariónica. Entonces, de los 6 protones de energía por metro cúbico en el Universo, hay alrededor de 0.2 protones por metro cúbico de bariones.
