¿Qué tan rápido está cambiando la radiación de fondo de microondas cósmica (CMBR)?

Sé que la radiación de fondo de microondas cósmica (CMBR) es la radiación sobrante de la " superficie de la última dispersión ".

Sin embargo, en cada instante la superficie está cambiando (al ritmo del flujo del tiempo). Entonces, ¿qué tan constante es el CMBR?

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Esta es una gran pregunta, y también surgió en una reciente conferencia de Planck: según esta publicación de blog (consulte los párrafos sobre el gif de CMB), las simulaciones sugieren que los cambios mínimos en el CMB podrían detectarse en tan solo 100 años. desde ahora.

Solo por motivos dimensionales, esperaría que

tamaño angular de la fluctuación en radianes × tiempo desde la recombinación
es la escala de tiempo para cambios significativos en el CMB (donde elige qué hace que una fluctuación sea "significativa" y selecciona el tamaño angular sobre esa base).

¿Por qué? Porque el tamaño de las regiones definidas por las fluctuaciones es la distancia a la capa observada, y esa distancia viene dada por el tiempo transcurrido desde la recombinación y la velocidad de la luz; y la información puede viajar a través de esas regiones no más rápido que la luz.

Todo el espectro se enfriará un poco más rápido que eso, pero se puede esperar que el enfriamiento sea uniforme. La tasa de enfriamiento viene dada por la (no) constante de Hubble.

Tenga en cuenta que el tiempo transcurrido desde la recombinación es de aproximadamente 13.500 millones de años, por lo que, aunque los dominios son bastante pequeños, la espera será larga.

Podemos derivar una estimación del orden de magnitud de la tasa de disminución de la temperatura CMB de la siguiente manera. La ecuación de estado para un gas de fotones es

norte = dieciséis π k 3 ζ ( 3 ) ( h C ) 3 ⋅ V T 3
Si el gas de fotones está confinado dentro de una cavidad, interactúa con los electrones en las paredes de la cavidad para que N fluctúe. Pero aquí nuestra cavidad es el universo observable. Con el fin de obtener una estimación rápida, supondremos que N es fijo. No nos queda claro qué tan buena o mala es esta suposición, pero tal vez sea lo suficientemente buena para una estimación inicial. La ecuación de estado para el CMB se puede escribir como
V T 3 = C o norte s t a norte t
Tomando la derivada del tiempo y observando que la temperatura actual es de aproximadamente 3K da
T ˙ = − V ˙ V
Finalmente, usando para el volumen del universo observable
V = 4 3 π ( C t ) 3
dónde t = 13.4 ⋅ 10 9 si, obtenemos
T ˙ ≈ − 0.2 ⋅ 10 − 9 k / y

o alrededor de 1 nanoKelvin por década. Este número es demasiado pequeño para resolverlo mediante mediciones actuales, que tienen incertidumbres de alrededor de 0,00057 K. La pregunta abierta es qué tan buena o mala es la suposición de que norte = C o norte s t a norte t ?

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