¿Por qué el CMB no se ha dispersado hasta ahora?

Imagina que tienes una caja de radiación de cuerpo negro. ¿Qué sucede si abres la caja durante mucho tiempo? Se dispersa y no queda radiación en la caja.

Ahora, aplica este ejemplo a la radiación del Fondo Cósmico de Microondas. El CMB se produjo unos 380.000 años después del Big Bang. Dado que el espacio es plano como sugieren muchas observaciones, esa radiación se ha producido en un universo sin fronteras.

Ahora, mi pregunta es esta: en estas condiciones, ¿por qué esa radiación no se ha dispersado completamente hasta ahora? Es cierto que la radiación se ha producido por todas partes en el espacio pero dado que el espacio es infinito, ¿por qué no se ha dispersado demasiado?

Los cálculos en los libros de texto estándar se realizan como si el CMB hubiera estado dentro de una caja física, pero expandiéndose con la expansión universal. Pero, esta no es la situación real. El CMB no ha estado ni está encerrado por las paredes de una caja, por lo que debe haberse dispersado por completo hasta ahora. ¿Qué ha impedido que esto suceda?

Imagina que en lugar de una caja tienes un número infinito de cajas idénticas que se extienden en todas las direcciones. Ahora quita las paredes. ¿Esto ayuda?
O alternativamente, imagina que la caja es tan grande como el Universo entero y que estás dentro de ella; imagina en algún lugar cerca del centro. La radiación se diluye a medida que crece la caja, pero aún estás dentro y la radiación aún proviene de todas las direcciones.

Respuestas (2)

El CMB se emitió desde todas partes, en todas las direcciones. El CMB emitido en el punto donde se encuentra en este momento, ahora se ha dispersado a una distancia d C METRO B igual a la distancia que puede viajar la luz en los casi 13.800 millones de años que han pasado desde que fue emitida*.

(tenga en cuenta que d C METRO B es mucho mayor que 13.800 millones de años luz, ya que el Universo se ha expandido desde que fue emitido; de hecho, es aproximadamente 46.500 millones de años luz).

Por otro lado, el CMB emitido desde una distancia que ahora es d C METRO B , es lo que observamos hoy. Eso significa que el CMB que observamos hoy proviene de una delgada capa del Universo en la que estamos centrados y que tiene un radio de d C METRO B .

El dibujo a continuación puede ayudar a entender; dentro de un tiempo, la imagen se vería exactamente igual, excepto d C METRO B ha aumentado para que la esfera sea más grande, ya que para entonces, los fotones provenientes de más lejos habrán tenido tiempo de llegar hasta nosotros.

ingrese la descripción de la imagen aquí

La cosmología modela los datos para la creación del universo con el modelo Big Bang. .

El BB tiene un comienzo como singularidad, y en los primeros tiempos no había "planitud". El modelo es un modelo de cuatro dimensiones en el espacio-tiempo. Todos los puntos (x,y,z) en nuestra vecindad tridimensional estaban en la singularidad original; así todos los puntos están en el centro de la producción original de materia y energía.

Los fotones en el fondo de microondas cósmico que detectamos en nuestro vecindario (x, y, z) no son los que se produjeron aquí. Esos han escapado con la velocidad de la luz a otros lugares y estamos recibiendo los fotones de lugares distantes de nosotros de acuerdo a la velocidad de la luz. Estamos recibiendo los fotones dispersos de otros lugares y ellos están recibiendo los nuestros.

La "caja" que liberó la radiación del cuerpo negro fue la caja unos 380.000 años después de la singularidad cuando los fotones se desacoplaron y comenzaron su viaje. En este trabajo se prueba el tamaño del universo, usando ecuaciones y los años luz conocidos del BB. En la figura 2, se dan los tamaños relativos. El desacoplamiento de fotones ocurrió alrededor de 380.000 años y puede verificar el tamaño relativo de la "caja" para la radiación del cuerpo negro, suponiendo que estamos unos 14 mil millones de años después de la BB. La respuesta aquí podría ayudarte.

Pregunta estúpida, pero si hay que creer en este modelo, ¿cómo es que esa fuente inicial de fotones no se ha agotado hasta ahora? Además, ¿cómo es que la dispersión es lo suficientemente "local" para que los tres COBE, WMAP y Planck muestren básicamente la misma distribución, excepto que es más precisa con el tiempo?
@fge Se agotó, cuando los fotones se desacoplaron ~ 380000 años después del BB. Estos fotones son los que detectamos en nuestro vecindario. Piense en la superficie de una esfera que se está expandiendo (el análogo de globo del BB).
Los fotones se desacoplan dentro del dr de la superficie y pueden viajar solo dentro de este dr en todo theta, phi. en un determinado (r, theta, phi) pasarán fotones desacoplados de otros lugares, y los de nuestro lugar 380000 años después de la BB se irán a otro lugar. Dado que están desacoplados, las distribuciones son similares en el mismo (r, theta phi) sin importar el detector (es como tomar la distribución de un gas).
OK, estoy empezando a tener una idea, más o menos; Necesito algo de matemáticas aquí... ¿Por dónde debo empezar? Lo que me falta es el hecho de que esos fotones solo pueden viajar "dentro de este dr". Supongo que está relacionado con c, pero...
@fge Dentro de este dr está el análogo en el modelo bidimensional del globo, es decir, theta y phi son las variables libres. En nuestro mundo tridimensional, es dentro de las tres dimensiones (x, y, z) que viajan los fotones. ¿has leído el artículo de wikipedia sobre el big bang?
Lo he hecho, pero sus comentarios me dieron nuevas ideas, así que lo volveré a leer con todo esto en mente :)
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