Universo observable

Hubble imagen Campo Profundo Ultra de una peque??a regi??n del universo observable, cerca de la constelaci??n Fornax. La luz de las m??s peque??as, m??s corridas al rojo de galaxias se origin?? hace aproximadamente 13 millones de a??os.

En Big Bang cosmolog??a , el universo observable es la regi??n del espacio delimitado por una esfera , centrada en el observador, que es lo suficientemente peque??o como para que podamos observar objetos en el mismo, es decir, no ha habido tiempo suficiente para que una se??al emitida desde el objeto en cualquier tiempo despu??s del Big Bang, y que se mueve a la velocidad de la luz, que han alcanzado el observador de la actualidad. Cada posici??n tiene su propio universo observable que pueden o no solaparse con el uno centrado alrededor de la Tierra .

La palabra observable utilizado en este sentido no tiene nada que ver con si moderna tecnolog??a en realidad nos permite detectar la radiaci??n de un objeto en esta regi??n. Simplemente significa que es posible, en principio, para la luz u otra radiaci??n desde el objeto de llegar a un observador en la Tierra. En la pr??ctica, s??lo podemos observar objetos en cuanto a la superficie de ??ltima dispersi??n, antes de que el universo era opaco a los fotones . Sin embargo, puede ser posible inferir informaci??n de antes de este tiempo a trav??s de la detecci??n de ondas gravitacionales que tambi??n se mueven a la velocidad de la luz.

El universo en comparaci??n con el universo observable

Ambos art??culos de investigaci??n populares y profesionales de la cosmolog??a a menudo usan el t??rmino "universo" como "universo observable". Esto puede justificarse sobre la base de que nunca podemos saber nada por la experimentaci??n directa sobre cualquier parte del universo que es causalmente desconectados de nosotros, aunque muchas teor??as cre??bles, como la inflaci??n c??smica requieren un universo mucho m??s grande que el universo observable. No existe evidencia que sugiera que el l??mite del universo observable corresponde precisamente a los l??mites f??sicos del universo (si existe tal l??mite); esto es sumamente improbable en que ello implicar??a que la Tierra est?? exactamente en el centro del universo, en violaci??n de la principio cosmol??gico. Es probable que las galaxias en nuestro universo visible s??lo representan una fracci??n min??scula de las galaxias en el universo.

Tambi??n es posible que el universo es m??s peque??o que el universo observable. En este caso, lo que consideramos galaxias muy distantes pueden ser en realidad im??genes duplicadas de galaxias cercanas, formados por la luz que se ha dado la vuelta al universo. Es dif??cil probar esta hip??tesis experimentalmente porque diferentes im??genes de una galaxia mostrar??an diferentes ??pocas de su historia, y por lo tanto puede parecer bastante diferente. Un documento de 2004 afirma que establecer un l??mite inferior de 24 giga parsecs (78 bill??n a??os luz) en el di??metro del universo, con base en el an??lisis de emparejamientos de c??rculo de la Datos de WMAP.

Tama??o

La com??vil distancia de la Tierra al borde del universo visible (tambi??n llamado horizonte luz c??smica) es de unos 14 mil millones de parsecs (46 mil millones de a??os luz) en cualquier direcci??n. Esto define un l??mite inferior en el com??vil radio del universo observable, aunque como se ha se??alado en la introducci??n, se espera que el universo visible es algo menor que el universo observable ya que s??lo vemos la luz de la radiaci??n c??smica de fondo de microondas que fue emitida despu??s de la hora de recombinaci??n, d??ndonos la esf??rica superficie de ??ltima dispersi??n (ondas gravitacionales podr??an te??ricamente nos permitir?? observar los acontecimientos que ocurrieron antes de la hora de la recombinaci??n, de regiones del espacio, fuera de esta esfera). El universo visible es, pues, una esfera con un di??metro de alrededor de 28 mil millones de parsecs (alrededor de 92 mil millones de a??os luz). Dado que el espacio es m??s o menos plana , este tama??o corresponde a un volumen de aproximadamente Comovimiento

o alrededor de 3 ?? 10 ⁸⁰ metros c??bicos.

Las cifras citadas anteriormente son las distancias ahora (en tiempo cosmol??gico), no distancias en el momento de la luz fue emitida. Por ejemplo, la radiaci??n c??smica de fondo de microondas que vemos en este momento fue emitida en el momento de la recombinaci??n, 379.000 a??os despu??s del Big Bang, que ocurri?? hace alrededor de 13,7 mil millones a??os. Esta radiaci??n fue emitida por la materia que tiene, en ese intervalo de tiempo, sobre todo condensado en las galaxias, y esas galaxias ahora se calculan en alrededor de 46 mil millones de a??os luz de nosotros. Para estimar la distancia a la que la materia en el momento de la luz fue emitida, una modelo matem??tico de la expansi??n debe ser elegido y la factor de escala, a (t), calculado para el tiempo seleccionado desde el Big Bang, t. Para favorecido observacionalmente-la Modelo Lambda-CDM, con datos de la Sat??lite WMAP, dicho c??lculo se obtiene un cambio de factor de escala de aproximadamente 1292. Esto significa que el universo se ha expandido a 1.292 veces el tama??o que ten??a cuando los cmbr fotones fueron puestos en libertad. Por lo tanto, el asunto m??s distante que se observa en la actualidad, 46 mil millones de a??os-luz de distancia, fue de s??lo 36 millones de a??os luz de distancia de la materia que se convertir??a en la Tierra cuando las microondas que actualmente estamos recibiendo se emitieron.

Conceptos err??neos

Muchas fuentes secundarias han informado de una amplia variedad de cifras incorrectas para el tama??o del universo visible. Algunos de ellos se enumeran a continuaci??n.

• 13,7 mil millones de a??os luz. La edad del universo es de aproximadamente 13.7 millones de a??os. Si bien se entiende com??nmente que nada viaja m??s r??pido que la luz, que es un error com??n que el radio del universo observable, por tanto, debe equivaler a s??lo 13,7 mil millones de a??os luz. Este razonamiento s??lo tiene sentido si el universo es el espacio-tiempo plano de la relatividad especial; en el universo real, el espacio-tiempo es muy curvado en escalas cosmol??gicas, lo que significa que 3-espacio (que es m??s o menos plana) es en expansi??n, como lo demuestra la ley de Hubble . Distancias obtenida como la velocidad de la luz multiplicado por un intervalo de tiempo cosmol??gica no tienen ning??n significado f??sico directo.

• 15800000000 a??os luz. Esto se obtiene de la misma manera como la figura 13.7 mil millones a??os luz, pero a partir de una edad incorrecta del universo que se inform?? en la prensa popular a mediados de 2006. Para un an??lisis de esta afirmaci??n y el papel que llev?? a ella, ver.

• 27 mil millones de a??os luz. Se trata de un di??metro obtenido de la radio (incorrecta) de 13,7 millones de a??os luz.

• 78 mil millones de a??os luz. Este es un l??mite inferior para el tama??o de todo el universo, basado en la distancia actual estimado entre los puntos que podemos ver en los lados opuestos de la radiaci??n de fondo c??smico de microondas , por lo que esta cifra representa el di??metro de la esfera formada por la CMBR. Si todo el universo es m??s peque??a que esta esfera, entonces la luz ha tenido tiempo de dar la vuelta que desde el Big Bang, producci??n de im??genes m??ltiples puntos distantes en el CMBR, que aparecen como patrones de c??rculos que se repiten. Cornish et al mir?? para tal efecto a escalas de hasta 24 gigaparsecs (78 millones de a??os luz) y no pudieron encontrarlo, y sugiri?? que si pudieran ampliar su b??squeda a todas las orientaciones posibles, ser??an entonces "ser capaz de excluir la posibilidad de que vivimos en un universo m??s peque??o que 24 Gpc de di??metro" . Los autores tambi??n calcularon que con "menor ruido y mapas de mayor resoluci??n CMB (de Misi??n extendida de WMAP y desde Planck), vamos a ser capaces de buscar c??rculos m??s peque??os y extender el l??mite a ~ 28 Gpc. "Esta estimaci??n del di??metro m??ximo de la esfera CMBR que ser?? visible en experimentos planeados corresponde a un radio de 14 gigaparsecs, el mismo n??mero dada en el apartado anterior.

• 156000000000 a??os luz. Esta cifra se obtuvo duplicando 78 mil millones de a??os luz en la suposici??n de que es un radio. Desde 78 mil millones de a??os luz ya es un di??metro, la cifra se duplic?? es incorrecta. Esta cifra se inform?? ampliamente.

• 180 mil millones de a??os luz. Esta estimaci??n acompa???? a la estimaci??n de la edad de 15,8 mil millones a??os en algunas fuentes; se obtiene sumando incorrectamente 15 por ciento a la cifra incorrecta de 156 millones de a??os luz.

Contenido de materia

El universo observable contiene de 3 a 7 ?? 10 ²² estrellas (30 a 70 Bill??n Billones de estrellas), organizados en m??s de 80 mil millones de galaxias , que a su vez forman grupos y superc??mulos.

Dos back-del-envolvente c??lculos dan el n??mero de ??tomos en el universo observable a ser alrededor de 10 ^80.

1. Las observaciones del fondo c??smico de microondas desde el WMAP sugieren que la curvatura espacial del universo es muy cercana a cero, lo que en los modelos cosmol??gicos actuales implica que el valor de la par??metro de densidad debe estar muy cerca de un cierto valor cr??tico. Esto funciona a 9,9 ?? 10 ^-27 kilogramos / metro ^3, lo que ser??a equivalente a alrededor de 5,9 ??tomos de hidr??geno por metro c??bico. An??lisis de los resultados de WMAP sugiere que s??lo alrededor del 4,6% de la densidad cr??tica es en forma de ??tomos normales, mientras que el 23% se cree que est?? hecha de la materia oscura fr??a y el 77% se cree que son la energ??a oscura, por lo que esto deja 0,27 ??tomos de hidr??geno / m ^3. Multiplicando esto por el volumen del universo visible, se obtiene alrededor de 8 x 10 ⁷⁹ ??tomos de hidr??geno.
2. Una t??pica estrella tiene una masa de aproximadamente 2 x 10 ³⁰ kg, que es aproximadamente 1 x 10 ⁵⁷ ??tomos de hidr??geno por cada estrella. Una galaxia t??pica tiene cerca de 400 mil millones de estrellas por lo que significa cada galaxia tiene 1 ?? 10 ⁵⁷ ?? 4 ?? 10 ¹¹ = 4 x 10 ⁶⁸ ??tomos de hidr??geno. Hay posiblemente 80 mil millones de galaxias en el Universo, por lo que significa que hay cerca de 4 ?? 10 ⁶⁸ ?? 8 ?? 10 ¹⁰ = 3 x 10 ⁷⁹ ??tomos de hidr??geno en el Universo observable. Pero este es definitivamente un c??lculo l??mite inferior, e ignora muchas fuentes posibles de ??tomos.

Misa del universo observable

La masa de la materia en el universo observable se puede estimar en base a la densidad y el tama??o.

Estimaci??n basada en la densidad estelar medido

Una forma de calcular la masa de la materia visible que constituye el universo observable es asumir una masa solar medio y que se multiplican por una estimaci??n del n??mero de estrellas en el universo observable. La estimaci??n del n??mero de estrellas en el universo est?? a su vez deriva del volumen del universo observable ( ) Y una densidad estelar calculado a partir de observaciones por el telescopio espacial Hubble ( ) Dando una estimaci??n de la cantidad de estrellas en el universo observable de (9 mil millones de trillones de estrellas). Suponiendo que la masa del Sol ( ) Como la masa solar medio (sobre la base de que la gran poblaci??n de enanas estrellas equilibra la poblaci??n de estrellas cuya masa es mayor que Sol) y redondeando la estimaci??n del n??mero de estrellas hasta produce una masa total de todas las estrellas en el universo observable como . Sin embargo, como se se??al?? en la secci??n "materia de contenido", los resultados de WMAP, en combinaci??n con la Modelo Lambda-CDM predecir que menos del 5% de la masa total del universo observable est?? compuesto de materia visible como estrellas, y el resto se compone de la materia oscura y la energ??a oscura.

Hoyle calcula la masa de un observable universo en estado estacionario usando la f??rmula O .