¿Qué causó la demora en la aparición de la luz en el universo?

La conductividad del plasma a alta temperatura. Si bien todos los átomos de hidrógeno estaban ionizados, el plasma tenía conductividad eléctrica. El plasma absorbe luz debido a la conductividad eléctrica. Entonces la luz no se pudo propagar.

Aproximadamente 300 Ky después del Big Bang, el plasma se enfrió para que se formaran átomos neutros de hidrógeno. El plasma básicamente desapareció. Los átomos de hidrógeno neutros eran transparentes a la luz. Entonces la luz podría propagarse a grandes distancias.

Quizás había luz en un sentido técnico. Sin embargo, no podía viajar más allá de la distancia entre los átomos antes de ser absorbido por el plasma. Tan ligero en el sentido de que pensamos que no existía.

La luz, según pensamos, viaja largas distancias en el vacío cercano sin ser absorbida. La luz en el vacío cercano viaja en forma de fotones. Mientras que el hidrógeno todavía era un plasma, la luz se unió al plasma para formar plasmón-polaritones. No creo que los plasmón-polaritones sean lo mismo que los fotones. . Tan ligero como sabemos que no existió hasta aproximadamente 300 Ky después del Big Bang.

La Gran Transparencia, como se la llama, también permitió la formación de las primeras estrellas. La gravedad por sí sola no puede hacer que el gas se agrupe porque la gravedad no libera calor. Tiene que haber interacción electromagnética para que el gas se enfríe. Una vez que el gas se enfría, puede agruparse para formar estrellas.

Por lo tanto, el retraso de 300 Ky fue causado por la velocidad a la que se enfrió el plasma en el universo. Por cierto, toda la Radiación de Fondo de Microondas Cósmica (CMBR) detectada por radiotelescopios se originó en la Gran Transparencia, no en la singularidad del Big Bang (BBS). El CMBR y el BBS son dos eventos separados a menudo combinados en la literatura científica popularizada.

No está claro qué quiere decir el OP por “retraso en la aparición de la luz”.

En cualquier caso … en el universo primitivo extremo, antes de que se rompiera la simetría, la interacción de electroválvula no funcionaba exactamente como lo hace hoy. En lugar del fotón sin masa y tres partículas mediadoras muy masivas de la interacción débil de muy corto alcance, había cuatro bosones sin masa. El universo tuvo que expandirse y enfriarse por debajo del valor de la expectativa de vacío del campo de Higgs para que ocurriera la ruptura de la simetría y para que la interacción de electroválvula asumiera su forma familiar. Es entonces cuando la “luz”, en el sentido en que la conocemos, podría primero existir. Esto sucedió aproximadamente un microsegundo después del Big Bang.

Sin embargo, en este momento el universo estaba muy caliente y muy denso. Muy caliente debería significar que estaba brillando con luz, pero muy denso significa que su propia luz también fue absorbida rápidamente. Entonces el universo era incandescente pero opaco.

Y se mantuvo así hasta unos 380,000 años después del Big Bang. Fue en este momento que el universo se enfrió lo suficiente como para que la mayoría de los protones y electrones que contenía pudieran recombinarse en átomos de hidrógeno neutros. Y mientras que el gas ionizado es opaco, el gas neutro es mayormente transparente; así que, en la medida en que el universo aún brillaba (su temperatura aún era bastante alta, alrededor de 3000 kelvin), su luz ahora podía viajar sin obstáculos en todas las direcciones.

Esto realmente sería la “aparición de la luz”: la luz más temprana en este universo que no fue reabsorbida inmediatamente por el universo. Y es esta luz la que detectamos hoy, después de que su frecuencia se reduzca en un factor de aproximadamente 1.100 debido a la expansión cósmica y el desplazamiento al rojo asociado, en forma del fondo cósmico de microondas (CMB).

Una cosa importante a entender sobre el CMB es que se produjo en todas partes aproximadamente al mismo tiempo. Aquí mismo, donde estamos, también, pero, por supuesto, el CMB que emitió nuestra ubicación ahora es un frente de onda a casi 13.8 mil millones de años luz de aquí.

Lo que vemos como el CMB en cualquier dirección particular del cielo es la radiación emitida por un volumen distante del espacio hace unos 13.800 millones de años. Lo que vemos como el CMB en la misma dirección del cielo mañana es la radiación emitida por un volumen de espacio un poco más distante hace un poco más de tiempo (un día de luz dividido por 1.100, el factor de desplazamiento al rojo, es decir, un poco más de uno minuto luz más distante). Esta luz viaja a través de la misma región del espacio cuya luz observamos ayer, pero que ahora es transparente. Y si todavía estamos alrededor de mil millones de años a partir de ahora, todavía estaremos observando el CMB, pero desde una región del espacio aún más distante (nuevamente, debido al factor de desplazamiento al rojo, una región del espacio un poco menos de un millón de años luz más distante de la región de donde viene el CMB hoy.)