¿Cuál es la densidad actual medida (es decir, independiente del modelo) de hidrógeno HHH en el universo?

Surgió la pregunta en este hilo: ¿ Cuál es el valor actual de la temperatura a la que tuvo lugar la Recombinación? Tenía la impresión de que teníamos una medida independiente de hidrógeno en el universo actual para probar las predicciones de BBN. Uno de los encuestados parece estar sugiriendo que no existe tal medida y que necesitamos tener un modelo de Cosmología antes de que podamos estimar la densidad promedio de H y He.

Entonces, ¿hay una medida actual de la H densidad (neutra e ionizada) que no se basa en los supuestos de Λ MDL? Si no, ¿cómo sabemos que la predicción de BBN de ~75 % es correcta?

Se podría argumentar que no hay medidas independientes del modelo de nada.
@AccidentalFourierTransform: sí, si quisiera ser pedante, ciertamente podría argumentar eso.
No hay una medida precisa . La densidad bariónica actual del universo se estima a partir del CMB y se corrobora con estimaciones de las abundancias primordiales de He y D.
El comentario de AFT es completamente correcto y es especialmente cierto en cosmología. Por su propia naturaleza, la cosmología, como toda la astronomía, pero incluso más que los otros subcampos, estudia cosas que no podemos medir directamente en el laboratorio, por lo que prácticamente todo lo que tenemos que decir sobre cosmología asume algún modelo. Eso ciertamente incluye la densidad del hidrógeno a través del universo. ¿Cómo podríamos medir eso sin asumir algún modelo?
@tparker: a partir de mi descripción del problema, está claro que estaba buscando un método libre de los supuestos fríos, de materia oscura y antigravedad de Λ C D METRO . Estás discutiendo por discutir.

Respuestas (1)

Solo hay límites inferiores para la densidad bariónica medida en el universo local.

La densidad bariónica debería ser alrededor del 4,6% de la densidad crítica del universo (alrededor de 6 átomos de H por metro cúbico). Este valor surge del modelado del fondo cósmico de microondas, pero antes de eso ya se había estimado en torno a ese nivel a partir de las determinaciones de las abundancias primordiales de helio y deuterio.

La cantidad de materia bariónica luminosa en forma de estrellas es mucho menos del 1% de la densidad crítica; durante mucho tiempo ha habido un segundo "problema de la materia oscura": que la mayor parte de la materia bariónica no se detectó.

Sin embargo, ha habido mucho progreso en encontrar gas caliente en cúmulos de galaxias y gas caliente en halos alrededor de galaxias y en estructuras filamentosas entre galaxias. Este medio intergaláctico tibio-caliente puede representar el 40 % de los bariones requeridos y recientemente se afirmó que es suficiente para explicar todos los "bariones faltantes" ( Nicastro et al. 2018 ).

Shull et al. proporcionan una excelente revisión del tema . (2012) quienes concluyen que el censo actual (ver imagen a continuación) llega a 29 ± 13 % del valor sugerido por el CMB, pero creo que es justo decir que otros considerarían una incertidumbre de este tamaño como muy optimista.

Gráfico circular que muestra las contribuciones probables a un pastel completo que representa el 4,6 % de la densidad crítica sugerida para los bariones por las mediciones de CMB (Shull et al. 2012).

Gráfico circular que muestra las contribuciones probables a un gráfico circular completo que representa el 4,6 % de la densidad crítica sugerida para los bariones por las mediciones de CMB (Shull et al. 2012)

Tenga en cuenta que la mayoría de estas medidas dependen linealmente (o en algunos casos, a la potencia 1.5) del parámetro Hubble actual, ya que este se usa para estimar (grandes) distancias y volúmenes.

Como comentario final, me gustaría señalar que la "dependencia del modelo" del número del 4,6 % se reduce al factor por el cual creemos que el universo se ha expandido desde (a) la época de la nucleosíntesis primordial y (b) la época de la recombinación, ya que nuestras mediciones de esos fenómenos arrojan estimaciones de las densidades bariónicas en esas épocas (muy diferentes), y el número bariónico se conserva.

¿Cuáles son las unidades en el gráfico circular?
@DonaldAirey Puntos porcentuales.
Sí, pensé en eso. El total es 105,7%.
@DonaldAirey Barras de error. Además, debe leer el pie de foto en el periódico. Las medidas rosa y azul no son independientes y su suma se determina mejor para ser 25 ± 8 % Usar esto para rosa+azul suma el 100%.
DE ACUERDO. Todavía estoy digiriendo el artículo de Shull, pero tengo un panorama general. Los valores aquí se cotizan en términos de Ω B h 2 . Eso significa que hemos contabilizado (100% - 29%) = 71% de los bariones del valor teórico de 4,6% (WMAP) o 4,8% (Plank) de densidad crítica. Eso significa que hemos contabilizado observacionalmente 0,71 * 0,048 = 0,034 (3,4 %) de los bariones w/r/t densidad crítica. ¿Cómo paso de este valor a un valor actual de ρ H sin pasar por BBN?
La densidad crítica hoy tiene un valor numérico de 3 H 0 2 / 8 π GRAMO . Entonces, las mediciones han encontrado una densidad bariónica que asciende al 3,4% de esto. @donaldairey
Correcto, pero eso es bariones totales. ¿No necesitamos multiplicar ese número por la fracción de H a todos los bariones? Y creo que la fracción H a todos los bariones (que es ~75% según BBN). El objetivo original era llegar a la actualidad H densidad que me permitiría extrapolar hacia atrás para obtener la H (ionizado y neutro) en Desacoplamiento.
@DonaldAirey Sí. 75% en masa. 92% por número. Esa fracción está confirmada por muchas medidas desde el sol hasta el ISM, IGM y el ISM en otras galaxias (y es una de las evidencias del BBN). Ese factor está implícito en las ecuaciones de recombinación que implican Ω b , así que tenga cuidado de no incluirlo dos veces.
Entonces, si desea usar el 3,4% de la densidad crítica, eso significa 0,14 átomos de H por metro cúbico en la actualidad. (Tenga en cuenta que el blog al que se refiere N Steinle en su otra pregunta contiene un error de orden de magnitud en la estimación de la densidad del número H, pero demuestra que las respuestas no son demasiado sensibles). @donaldairey
Está bien, creo que lo tengo. La densidad teórica es ρ H = Ω B × Ω H Ω B × ρ C . Usando tablón ( H 0 = 67.3 y Ω B h 2 = 0.02205 ), Tengo ρ H = 0.0487 × 0.75 × 8.51 × 10 − 18 = 3.11 × 10 − 19   k gramo   k metro − 3 . Solo hemos observado el 71% del valor teórico, por lo que 3.11 × 10 − 19 × 0.71 = 2.21 × 10 − 19   k gramo   k metro − 3 . un átomo de H pesa 1.67 × 10 − 27   k gramo , entonces tenemos 2.21 × 10 − 19 /   1.67 × 10 − 27 = 1.32 × 10 8 H a t o metro s   k metro − 3 o 0.13   H a t o metro s   metro − 3
¿Estaría de acuerdo en que este valor está libre de Λ C D METRO suposiciones?
¿Cuál es la densidad actual medida (es decir, independiente del modelo) de hidrógeno HHH en el universo?
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