¿Cuál es la relación entre el fondo cósmico de microondas y la esfera de Hubble?

Hay cuatro regiones a considerar aquí, que son similares en concepto pero tienen consecuencias notablemente diferentes. Primero aclararé la pregunta sobre la esfera de Hubble y el universo observable.

Para empezar, el universo observable (también conocido como cono de luz) es la región del Universo sobre la que podemos obtener información. Tiene un diámetro de 93 mil millones de años luz. La esfera de Hubble , por otro lado, es la región en la que los objetos se alejan de nosotros más lento que la velocidad de la luz. Este tiene un diámetro de 28.800 millones de años luz; claramente, la mayor parte del universo observable se encuentra más allá de la esfera de Hubble. Davis y Lineweaver (2003) proporcionan un buen diagrama:

¿Por qué la disparidad? La razón es que los fotones emitidos por objetos fuera de la esfera del Hubble pueden arrastrarse hacia regiones del espacio que se alejan de nosotros un poco más lentamente que aquella desde la que fueron emitidos. Luego pueden arrastrarse a regiones que se expanden más lentamente que la anterior, y así sucesivamente. Eventualmente, los fotones llegarán a regiones del espacio que no se expanden más rápido que la luz, y pueden alcanzarnos. Por lo tanto, por el bien de la observación, solo nos preocupamos por el universo observable en lugar de la esfera de Hubble.

Ahora, hay una distancia más allá de la cual el espacio se expande más rápido de lo que la luz puede atravesarlo. Esta distancia se llama horizonte de sucesos cósmicos . La luz de más allá del horizonte de sucesos nunca nos alcanzará. Nuestro universo observable crece porque entran más fotones a nuestra vista. Sin embargo, el universo observable se acercará asintóticamente al horizonte de sucesos, ya que la luz de más allá nunca podrá alcanzarnos.

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Finalmente, volvamos a la pregunta sobre el CMB. El CMB no se originó a partir del Big Bang en sí, sino de un evento ~ 10 segundos después, llamado nucleosíntesis del Big Bang . Esencialmente, el Universo estaba tan caliente que los núcleos atómicos se fusionaban constantemente. Estas fusiones liberaron radiación que finalmente se convirtió en CMB. Incluso después de que el Universo se enfrió lo suficiente como para detener la nucleosíntesis, era muy denso, por lo que los fotones CMB encontrarían constantemente electrones libres y los dispersarían.

Eventualmente (378,000 años después del Big Bang), el Universo se expandió lo suficiente como para que los fotones CMB pudieran viajar libremente, así que después de dispersarse por última vez, siguieron un camino directo hacia nuestros globos oculares miles de millones de años después.

Hoy en día, cuando miramos más lejos, vemos el Universo en tiempos cada vez más antiguos. El punto donde veríamos los fotones CMB se llama superficie de última dispersión , que es ligeramente más pequeña que el universo observable. Más allá de esto, los fotones CMB aún se estarían dispersando en lugar de dirigirse hacia nosotros.