El universo primitivo era caliente y opaco. Una vez que se enfrió lo suficiente, los protones y los electrones pudieron formar átomos de hidrógeno. Esto hizo que el universo fuera transparente y se conoció como recombinación . Podemos ver los efectos de esto como la radiación cósmica de fondo de microondas .
¿Con qué precisión podemos fechar la recombinación? Wikipedia me dice que fue 377.000 años después del Big Bang, y que el universo tiene ahora 13.200 millones de años. Un poco de matemática me dice que fue hace 13.699.623.000 años. Pero, ¿con qué precisión podemos medir eso? ¿Podemos decir que fue hace 13.699.623.003 años? ¿Puedo obtener eso en segundos?
Lo primero que hay que decir es que la recombinación no ocurrió en un instante de tiempo. Antes de la recombinación, la mayoría de los átomos de hidrógeno estaban ionizados, pero había unos pocos átomos neutros. Después de la recombinación, la mayoría de los átomos de hidrógeno eran neutros, pero había algunos que estaban ionizados. Durante la recombinación, la proporción de átomos de hidrógeno ionizados a neutros cambió suavemente. Supongo que la cifra de 377 000 años corresponde a una temperatura de alrededor de 3740 K cuando el 50 % de los átomos de hidrógeno son neutros, pero la temperatura tuvo que bajar a alrededor de 3100 K para obtener un 99 % de recombinación.
El cálculo se describe en detalle en este documento . En resumen, la evolución del universo primitivo se describe mediante una solución a las ecuaciones de la Relatividad General llamada métrica FLRW . Usando esta ecuación y las observaciones del universo actual, podemos calcular las propiedades del universo primitivo y, en particular, podemos calcular su temperatura.
La razón por la que la temperatura es importante es porque es la temperatura la que determina si un gas de hidrógeno se ioniza. Si toma hidrógeno a temperatura ambiente, obviamente es neutral, y a medida que lo calienta, las colisiones entre los átomos de hidrógeno se vuelven cada vez más energéticas hasta que alrededor de 3100 K se vuelven lo suficientemente energéticas como para comenzar a ionizar átomos y formar un plasma. Entonces, cuando miramos hacia atrás en el tiempo, y el universo se calienta, hay un punto en el que la temperatura alcanza los 3100 K y el hidrógeno comienza a ionizarse.
El cálculo de la ionización en función de la temperatura es complicado porque el universo primitivo no estaba en equilibrio, pero los físicos son buenos en este tipo de cosas (yo no, ¡no tengo idea de cómo calcularlo! :-)
Con respecto a su última pregunta, la edad del universo es 13,75 ± 0,11 mil millones de años, es decir, el error en la edad calculada es 110 000 000 años. Así que tendrías que decir que el tiempo desde la recombinación es 13,699,623,003 ± 110,000,000 años, y obviamente es una tontería dar el número a más de 4 dígitos.
Sean Mc Millan
Juan Rennie