Isotropía CMBR después de la inflación

La inflación puede explicar por qué la Radiación Cósmica de Fondo de Microondas (CMBR) es tan isotrópica en un alto grado a pesar de que muchas regiones del universo nunca estuvieron en contacto entre sí. Según él, las regiones que no están en contacto causal entre sí en este momento lo estuvieron en el pasado y podrían comunicarse. Luego, el universo se expandió, las escalas físicas aumentaron de tamaño y los fotones de esas regiones nunca volvieron a tener contacto causal.

En los modelos de rotación lenta, la inflación es impulsada por la energía potencial de un campo escalar, el inflatón, que reduce lentamente el potencial. Cuando se detiene el movimiento lento, la inflación llega a su fin y el campo de inflación oscila alrededor del mínimo de energía potencial. En este período, produce las partículas elementales que conocemos, en un proceso llamado recalentamiento.

Esto es lo que no entiendo: si los fotones solo se producen en este período, después de que termina la inflación, ¿cómo pueden haber "hablado" antes cuando el universo se estaba expandiendo, si solo estaba presente el campo inflatón?

Respuestas (2)

Los fotones que ves como el CMB no se crearon durante el recalentamiento , sino en la recombinación , cuando la temperatura había descendido lo suficiente.

Lo que hizo la inflación (entre otras cosas) fue asegurar que todo estuviera en equilibrio termodinámico. Es decir, independientemente del tipo de partícula que consideremos, compartían la misma distribución de energía. La materia y la radiación siguieron compartiendo esta energía (decreciente), hasta que los fotones fueron "liberados" en el desacoplamiento .

Sin inflación, una región del Universo podría haber tenido una distribución de energía y otra región podría haber tenido otra, lo que más tarde habría llevado a que se alcanzara la temperatura necesaria para la recombinación (aproximadamente 3000 K) en diferentes épocas. Esto, a su vez, conduciría a que el CMB llegara desde diferentes partes del cielo habiendo estado viajando durante diferentes cantidades de tiempo a través del Universo en expansión y, por lo tanto, con diferentes desplazamientos hacia el rojo.

Dado que se observa el mismo corrimiento al rojo en todas las direcciones (dentro de una parte en 10 5 ), esto no puede ser así.


Hoy, "CMB" parece ser el término preferido, mientras que "CMBR" está algo desactualizado. Sin embargo, he visto que algunos rusos todavía lo usan.

Podría decirse que lo que constituye "crear" un fotón es una cuestión de gusto (la dispersión produce un nuevo fotón o es el mismo fotón el que se dispersa). Creo que en el contexto de la pregunta, el OP está perfectamente en su derecho de decir que los fotones se crearon en el recalentamiento (y los procesos de aniquilación posteriores) en el sentido de que no hubo fotones durante la inflación y muchos después del recalentamiento.
@Philo, diría que para la dispersión, donde el fotón conserva algo de "memoria" de su estado anterior, tiene sentido pensar en él como el mismo fotón antes y después del evento. Pero cuando un fotón es absorbido porque ioniza un átomo, se pierde y desaparece para siempre. En un punto posterior, el ion se encuentra con otro electrón y un fotón que emite con una frecuencia y dirección que es completamente independiente del primer fotón. Y el electrón expulsado originalmente se encuentra con otro ion, emitiendo otro fotón. Entonces, si bien estoy de acuerdo en que los fotones se crearon en el recalentamiento, no es lo mismo que los fotones CMB.

No es necesario que las partículas utilizadas para el contacto y la homogeneización antes de que comenzara la rotación lenta fueran fotones. Cualquier campo presente, como el campo inflatón, podría homogeneizarse al mismo potencial antes de la inflación. Eso significaría que la rotación lenta progresa a la misma velocidad en casi todas partes y, una vez que termina la rotación lenta y comienza el recalentamiento, la densidad del campo de inflatón puede crear una densidad más o menos homogénea de partículas elementales y fotones en todas partes.

Básicamente, la homogeneización de cualquier campo primordial conducirá a un universo después de la inflación que parece isótropo y homogéneo. No tiene que ser fotones