¿Cuánta luz hay en el espacio y cuánto pesa?

En realidad, en una noche oscura, la fracción del cielo que es luz es bastante insignificante. Eso es lo que significa ser una noche oscura ;-)

En realidad, no es difícil obtener una estimación de la densidad de la luz en el universo. Digamos que la "luz" incluye fotones de todas las longitudes de onda (no solo la luz visible) por simplicidad. Una forma sencilla de hacerlo es apuntar un telescopio de amplio espectro hacia el cielo nocturno y ver qué tan rápido recolecta energía. (Tienes que apuntarlo lejos del sol y otras fuentes cercanas como el disco galáctico, porque estas fuentes emiten una gran cantidad de energía en la Tierra, que no es representativa del universo como un todo). Esto se hizo con el COBE y Satélites WMAP (y más recientemente Planck , con esencialmente el mismo resultado). Descubrieron que, si eliminas las contribuciones de unas pocas fuentes cercanas específicas, la radiación en el universo sigue unespectro de cuerpo negro con una temperatura de$2.73\text{ K}$. Puedes calcular la densidad de energía de un cuerpo negro así:

Esto es sólo cuatro milésimas de un por ciento de la densidad de energía crítica, que es

Por otro lado, la densidad de la materia normal (átomos) se estima en alrededor del 4,6% de la densidad crítica, cuatro órdenes de magnitud más alta. Entonces, la densidad de energía de los fotones es completamente insignificante en comparación con la densidad de los bariones, la materia oscura o la energía oscura, y eso significa que tiene un efecto gravitacional insignificante en la evolución cosmológica del universo.

Por supuesto, en la vecindad de una estrella, la densidad de energía fotónica es mucho más alta debido a la temperatura más alta del cuerpo negro de la estrella. Tomemos el sol, por ejemplo. El sol tiene una temperatura superficial de$5778\text{ K}$, lo que significa que la intensidad de la radiación que emite es

Esto corresponde a una densidad de energía en la vecindad de la superficie del sol de

Sin embargo, la densidad de energía de la materia que constituye el sol es

De nuevo, el efecto gravitatorio de los fotones, incluso a escala local, es completamente insignificante.

Por cierto, este no habría sido el caso en el universo primitivo, cuando los fotones tenían mucha más energía y, por lo tanto, su densidad de energía en relación con la materia era mucho mayor.

Básicamente, toda la luz de las estrellas fue producida por fusión nuclear. Cuando se fusiona hidrógeno hasta la parte superior de la curva de enlace en el hierro, se liberan alrededor de 9 MeV por protón. Esto es aproximadamente el 1% de la masa-energía del protón, por lo que la masa relativista total de toda la luz del universo no puede ser más del 1% de la masa de la materia. Esta no es una respuesta completa, pero creo que muestra que esto probablemente sea insignificante al considerar la evolución cosmológica.

Recuerdo haber leído recientemente (no recuerdo dónde) que la masa equivalente de los fotones en el universo$P_{ou}$se debe en un 90% a la radiación cósmica de microondas (CMR). Sin embargo, los mejores valores que encontré para calcular la equivalencia de masa de la radiación en el universo observable se basan en tres variables.

(1) La masa de materia en el universo observable:$M_{ou}$=$10^{53}$kgm. la fuente es

¿Cuánta energía hay en el Universo en forma de fotones? .

(2) El valor de$\Omega_r$= 8,24$10^{-5}$. la fuente es

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/Astro/denpar.html .

(3) El valor de$\Omega_m$= 0,27. La fuente es la misma que (2).

A partir de estos valores el cálculo de$P_{ou}$es

$P_{ou}$=$M_{ou}$X$\Omega_r$/$\Omega_m$= 3,7$10^{49}$kgm.