Dado que el universo se está expandiendo, ¿el fondo cósmico de microondas eventualmente se desplazará hacia el espectro de radio?

Cuando se creó el universo, hubo una gran avalancha de fotones. Pero también había muchos electrones, protones y otras partículas en esa sopa. Estos fotones altamente energéticos siempre se dispersaron debido a estos electrones ya que la temperatura era tan alta que no se podían formar elementos. A medida que el universo se expandió gradualmente, la temperatura también disminuyó. Los primeros átomos de hidrógeno se formaron después de ~ 380000 años después del Big Bang. Ahora, dado que se forma un átomo de hidrógeno después de la combinación de un electrón y un protón, no había suficiente del primero para dispersarse. Esto dio como resultado que los fotones escaparan libremente. Pero como el universo también se estaba expandiendo, se gastaba la energía de los fotones. Estos luego se enfriaron a frecuencias de microondas, alcanzando un máximo de 2.7 K, correspondiente a una longitud de onda de 1.063 mm. La distancia desde donde recibimos esta radiación se llama la superficie de la última dispersión. Cuando estos fotones comenzaron durante la época de recombinación, estaban calientes (3000 K). Ahora es 2.7. A medida que el universo se expande, bajará de temperatura y eventualmente cambiará a una temperatura más baja, alcanzando un pico a una frecuencia más baja en la banda de RF.

Entonces sí. El CMB cuando se enfría aún más, eventualmente puede alcanzar el pico en la longitud de onda de radio del espectro.

La temperatura extremadamente alta del Big Bang emitió radiación intensa de longitud de onda muy corta, pero el enfriamiento posterior del universo ha desplazado esas longitudes de onda a la región de microondas. Esto también puede interpretarse como el estiramiento de las longitudes de onda junto con la expansión del Universo.

Como las microondas tienen longitudes de onda más largas que incluso la radiación infrarroja invisible, se observan en la región de radio del espectro con radiotelescopios. La ‘radiación de fondo’ remanente del Big Bang ahora se ve proveniente de todas las direcciones en el Universo. Si traza la intensidad de esta radiación para diferentes longitudes de onda, coincide con la curva para una temperatura de 2.7 K.

Aproximadamente 3,80,000 años después del Big Bang, las condiciones existentes en ese momento en el universo permitieron que los fotones que se emitieron durante la formación de los átomos de hidrógeno viajen libremente sin ser dispersados ​​por los electrones libres. Estos fotones son lo que hemos llamado como Radiación de fondo cósmico de microondas que la convierte en la luz más antigua que podemos ver en el universo.

La temperatura era de alrededor de 3000 K cuando esto ocurrió y sin duda debe haber tenido un brillo rojizo, pero a partir de entonces, la radiación se ha vuelto mucho más fría a 2.72548 ± 0.00057 K, haciéndola invisible a simple vista como resultado del desplazamiento hacia el rojo cosmológico – expansión del espacio mismo. En teoría, si nos quedamos por aquí un poco más con nuestros radiotelescopios y la expansión acelerada del universo continuara, podemos esperar que el pico del fondo de microondas cósmico cambie al espectro de radio.

Para llevar principales:

  1. La temperatura del CMB es inversamente proporcional al tamaño de escala del universo.
  2. Si el universo se está expandiendo, las longitudes de onda de los fotones que viajan aumentan, lo que a su vez disminuye la energía de los fotones mediante la siguiente ecuación [matemáticas] E = hc / λ. [/ Matemáticas] Se vuelven menos enérgicas y finalmente desaparecen.

Aquí hay un cielo de microondas como lo ve el observatorio espacial Planck [1]:

Ahora, cuando restas las emisiones galácticas, podemos ver el fondo cósmico de microondas en el que nuestro universo se está bañando en este momento [2]:

Notas al pie

[1] El cielo de microondas visto por Planck con objetos etiquetados

[2] Planck Legacy Archive: una guía de por qué y cómo

Sí.

Hasta donde podemos decir, no hay nada que pueda detener la expansión acelerada del Universo. Por lo tanto, la longitud de onda de la luz continuará extendiéndose hasta que finalmente llegue al espectro de radio.

Cabe señalar que el CMB en realidad tiene un evento de componente de radio hoy, ya que el espectro es el de un cuerpo negro; se llama “fondo de microondas” porque el pico está en el espectro de microondas, pero eso no evita que otras bandas estén vacías.

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