Divulgación Fondo de radiación cósmica de microondas.

[arreldepi]

Muy buenas!
Llevo algún tiempo tratando de entender qué es el FCM, y la verdad es que entiendo la idea general, pero no entiendo qué es lo que nosotros recibimos, es decir, por lo que tengo entendido es una radiación, que se formó con el desacoplo de la radiación y materia, y que hoy en día recibimos en forma de ruído, pero esque mis conocimientos en física aún son bastante reducidos (2ndo BACH.) y no entiendo demasiado bien ese proceso.

Por lo tanto, me gustaría que me dijeseis qué es lo todo lo que debería saber o entender del FCM y qué interpretación podemos darle.

MUCHÍSIMAS GRACIAS!

[Adosgel]

Re: Fondo de radiación cósmica de microondas.

Es muy muy plana y de frecuencia muy baja. Esta pájina está muy bien

http://astronomia.net/cosmologia/CMB.htm

Saludos.

[alshain]

Re: Fondo de radiación cósmica de microondas.

Está primero esa analogía de la plaza llena de gente, que conviene entender. Es una analogía y tiene sus limitaciones, pero es buena y divertida. Pues eso, una plaza enorme llena de gente, todos gritando. Tú te encuentras en el centro de la plaza. En un determinado instante todos dejan de gritar a la vez. Va a ocurrir que existirá una circunferencia desde la cuál te vaya llegando el "último grito" de la gente, ya que la velocidad del sonido es finita. De los que están más cerca recibirás su último grito pronto, de los que están más lejos lo recibirás más tarde. La circunferencia irá creciendo a medida que pasa el tiempo tras el instante en el que todos dejaron de gritar. Pero te da igual: todos los gritos son iguales, y no puedes realmente distinguir qué último grito llega.

Con esto, a por el universo. Unos 300.000 años tras el big-bang el universo es como una enorme plaza llena de electrones chocando contra fotones. Dada la alta energía de los fotones éstos impiden que los electrones se unan a los protones para formar hidrógeno neutro. Luego, con la expansión del espacio, la longitud de onda media de los fotones aumenta, con lo que su energía dismimuye, hasta que llega un momento en el que el grueso de los fotones ya no puede impedir que los electrones y los protones se liguen para formar hidrógeno neutro. Esto es un proceso, pero en términos cosmológicos ocurre en "un instante", que se conoce con el nombre de recombinación.

A partir de ahí los fotones ya no chocan contra electrones porque estos entran a formar parte de átomos de hidrógeno neutro. El grueso de los fotones no tiene energía para liberar otra vez a los electrones. Los fotones adquieren por tanto un camino libre. En la analogía de la plaza el momento en el que los fotones interactúan por última vez es ese "último grito", cosa que se conoce como superficie de última interacción. Luego viajan libres por el espacio. En nuestra posición en el universo, los fotones que estaban cerca de nosotros cuando ocurrió la recombinación pasaron pronto por nuestra posición. Los fotones que recibimos hoy vienen por tanto de muy lejos. Además, como durante todo ese tiempo el espacio ha expandido, su longitud de onda ha aumentado y los observamos muy desplazados al rojo.

Hasta aquí lo elemental. Luego hay algunos detalles más. La sopa de partículas unos 300.000 años tras el big-bang estaba en equilibrio termodinámico en todo el universo observable hoy (observamos un fondo homogeneo sin excepción en todas las regiones del cielo). Las razones de esto tienen que ver con mecanismos muy cercanos al big-bang - un periodo conocido como inflación. Debido a este equilibrio la recombinación ocurre en todos los puntos de igual forma (todos los de la plaza deja de gritar en el mismo instante, sincronizados por un misterioso mecanismo). Los fotones que resultan de ello están igualmente en equilibrio térmico y actúan como un cuerpo negro. Dado que la expansión no modifica una curva de cuerpo negro, los fotones se nos presentan hoy también en equilibrio pero a una temperatura muy baja debido a su pérdida de energía durante la expansión.

Por otro lado, el fondo presenta inhomogeneidades. Las hay de dos tipos: primarias y secundarias. Las primarias: cuando todos dejan de gritar existían lugares en los que algunos gritaban un poco más. La superficie del último grito que llegue de tal lugar tendrá algo más de intensidad en aquella dirección donde estaban los gritones. Las secundarias: imagina que ya no grita nadie y que una superficie del último grito se acerca hacia tí. Cuando pasa por un punto antes de llegar a tu lugar alguien grita otra vez y "la contamina". Igual que antes, la superficie que te llega tendrá algo más de intensidad en aquella dirección donde estaban el que volvió a abrir la boca.

Pues con el universo igual. La sopa de partículas no era exáctamente homogenea y en equilibrio, debido a inhomogeneidades causadas por la gravitación (pozos de potencial que empezaban a formarse para crear estructuras materiales). Esto dió lugar a anisotropías o inhomogeneidades primarias. Después, una vez liberado el fondo, los fotones no interactuaron con los electrones ya que estos estaban ligados en hidróngeno. No obstante, con la aparición de estrellas y radiación ionizante, los electrones fueron liberados otra vez y el fondo se vio en parte obligado a contaminarse...

Un saludo.