Universo observable

Hubble imagen Campo Profundo Ultra de una pequeña región del universo observable, cerca de la constelación Fornax. La luz de las más pequeñas, más corridas al rojo de galaxias se originó hace aproximadamente 13 millones de años.

En Big Bang cosmología , el universo observable es la región del espacio delimitado por una esfera , centrada en el observador, que es lo suficientemente pequeño como para que podamos observar objetos en el mismo, es decir, no ha habido tiempo suficiente para que una señal emitida desde el objeto en cualquier tiempo después del Big Bang, y que se mueve a la velocidad de la luz, que han alcanzado el observador de la actualidad. Cada posición 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 tecnología en realidad nos permite detectar la radiación de un objeto en esta región. Simplemente significa que es posible, en principio, para la luz u otra radiación desde el objeto de llegar a un observador en la Tierra. En la práctica, sólo podemos observar objetos en cuanto a la superficie de última dispersión, antes de que el universo era opaco a los fotones . Sin embargo, puede ser posible inferir información de antes de este tiempo a través de la detección de ondas gravitacionales que también se mueven a la velocidad de la luz.

El universo en comparación con el universo observable

Ambos artículos de investigación populares y profesionales de la cosmología a menudo usan el término "universo" como "universo observable". Esto puede justificarse sobre la base de que nunca podemos saber nada por la experimentación directa sobre cualquier parte del universo que es causalmente desconectados de nosotros, aunque muchas teorías creíbles, como la inflación cósmica requieren un universo mucho más grande que el universo observable. No existe evidencia que sugiera que el límite del universo observable corresponde precisamente a los límites físicos del universo (si existe tal límite); esto es sumamente improbable en que ello implicaría que la Tierra está exactamente en el centro del universo, en violación de la principio cosmológico. Es probable que las galaxias en nuestro universo visible sólo representan una fracción minúscula de las galaxias en el universo.

También es posible que el universo es más pequeño que el universo observable. En este caso, lo que consideramos galaxias muy distantes pueden ser en realidad imágenes duplicadas de galaxias cercanas, formados por la luz que se ha dado la vuelta al universo. Es difícil probar esta hipótesis experimentalmente porque diferentes imágenes de una galaxia mostrarían diferentes épocas de su historia, y por lo tanto puede parecer bastante diferente. Un documento de 2004 afirma que establecer un límite inferior de 24 giga parsecs (78 billón años luz) en el diámetro del universo, con base en el análisis de emparejamientos de círculo de la Datos de WMAP.

Tamaño

La comóvil distancia de la Tierra al borde del universo visible (también llamado horizonte luz cósmica) es de unos 14 mil millones de parsecs (46 mil millones de años luz) en cualquier dirección. Esto define un límite inferior en el comóvil radio del universo observable, aunque como se ha señalado en la introducción, se espera que el universo visible es algo menor que el universo observable ya que sólo vemos la luz de la radiación cósmica de fondo de microondas que fue emitida después de la hora de recombinación, dándonos la esférica superficie de última dispersión (ondas gravitacionales podrían teóricamente nos permitirá observar los acontecimientos que ocurrieron antes de la hora de la recombinación, de regiones del espacio, fuera de esta esfera). El universo visible es, pues, una esfera con un diámetro de alrededor de 28 mil millones de parsecs (alrededor de 92 mil millones de años luz). Dado que el espacio es más o menos plana , este tamaño corresponde a un volumen de aproximadamente Comovimiento

o alrededor de 3 × 10 ⁸⁰ metros cúbicos.

Las cifras citadas anteriormente son las distancias ahora (en tiempo cosmológico), no distancias en el momento de la luz fue emitida. Por ejemplo, la radiación cósmica de fondo de microondas que vemos en este momento fue emitida en el momento de la recombinación, 379.000 años después del Big Bang, que ocurrió hace alrededor de 13,7 mil millones años. Esta radiación 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 años luz de nosotros. Para estimar la distancia a la que la materia en el momento de la luz fue emitida, una modelo matemático de la expansión 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 Satélite WMAP, dicho cálculo se obtiene un cambio de factor de escala de aproximadamente 1292. Esto significa que el universo se ha expandido a 1.292 veces el tamaño que tenía cuando los cmbr fotones fueron puestos en libertad. Por lo tanto, el asunto más distante que se observa en la actualidad, 46 mil millones de años-luz de distancia, fue de sólo 36 millones de años luz de distancia de la materia que se convertiría en la Tierra cuando las microondas que actualmente estamos recibiendo se emitieron.

Conceptos erróneos

Muchas fuentes secundarias han informado de una amplia variedad de cifras incorrectas para el tamaño del universo visible. Algunos de ellos se enumeran a continuación.

• 13,7 mil millones de años luz. La edad del universo es de aproximadamente 13.7 millones de años. Si bien se entiende comúnmente que nada viaja más rápido que la luz, que es un error común que el radio del universo observable, por tanto, debe equivaler a sólo 13,7 mil millones de años luz. Este razonamiento sólo 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 cosmológicas, lo que significa que 3-espacio (que es más o menos plana) es en expansión, como lo demuestra la ley de Hubble . Distancias obtenida como la velocidad de la luz multiplicado por un intervalo de tiempo cosmológica no tienen ningún significado físico directo.

• 15800000000 años luz. Esto se obtiene de la misma manera como la figura 13.7 mil millones años luz, pero a partir de una edad incorrecta del universo que se informó en la prensa popular a mediados de 2006. Para un análisis de esta afirmación y el papel que llevó a ella, ver.

• 27 mil millones de años luz. Se trata de un diámetro obtenido de la radio (incorrecta) de 13,7 millones de años luz.

• 78 mil millones de años luz. Este es un límite inferior para el tamaño de todo el universo, basado en la distancia actual estimado entre los puntos que podemos ver en los lados opuestos de la radiación de fondo cósmico de microondas , por lo que esta cifra representa el diámetro de la esfera formada por la CMBR. Si todo el universo es más pequeña que esta esfera, entonces la luz ha tenido tiempo de dar la vuelta que desde el Big Bang, producción de imágenes múltiples puntos distantes en el CMBR, que aparecen como patrones de círculos que se repiten. Cornish et al miró para tal efecto a escalas de hasta 24 gigaparsecs (78 millones de años luz) y no pudieron encontrarlo, y sugirió que si pudieran ampliar su búsqueda a todas las orientaciones posibles, serían entonces "ser capaz de excluir la posibilidad de que vivimos en un universo más pequeño que 24 Gpc de diámetro" . Los autores también calcularon que con "menor ruido y mapas de mayor resolución CMB (de Misión extendida de WMAP y desde Planck), vamos a ser capaces de buscar círculos más pequeños y extender el límite a ~ 28 Gpc. "Esta estimación del diámetro máximo de la esfera CMBR que será visible en experimentos planeados corresponde a un radio de 14 gigaparsecs, el mismo número dada en el apartado anterior.

• 156000000000 años luz. Esta cifra se obtuvo duplicando 78 mil millones de años luz en la suposición de que es un radio. Desde 78 mil millones de años luz ya es un diámetro, la cifra se duplicó es incorrecta. Esta cifra se informó ampliamente.

• 180 mil millones de años luz. Esta estimación acompañó a la estimación de la edad de 15,8 mil millones años en algunas fuentes; se obtiene sumando incorrectamente 15 por ciento a la cifra incorrecta de 156 millones de años luz.

Contenido de materia

El universo observable contiene de 3 a 7 × 10 ²² estrellas (30 a 70 Billón Billones de estrellas), organizados en más de 80 mil millones de galaxias , que a su vez forman grupos y supercúmulos.

Dos back-del-envolvente cálculos dan el número de átomos en el universo observable a ser alrededor de 10 ^80.

1. Las observaciones del fondo cósmico de microondas desde el WMAP sugieren que la curvatura espacial del universo es muy cercana a cero, lo que en los modelos cosmológicos actuales implica que el valor de la parámetro de densidad debe estar muy cerca de un cierto valor crítico. Esto funciona a 9,9 × 10 ^-27 kilogramos / metro ^3, lo que sería equivalente a alrededor de 5,9 átomos de hidrógeno por metro cúbico. Análisis de los resultados de WMAP sugiere que sólo alrededor del 4,6% de la densidad crítica es en forma de átomos normales, mientras que el 23% se cree que está hecha de la materia oscura fría y el 77% se cree que son la energía oscura, por lo que esto deja 0,27 átomos de hidrógeno / m ^3. Multiplicando esto por el volumen del universo visible, se obtiene alrededor de 8 x 10 ⁷⁹ átomos de hidrógeno.
2. Una típica estrella tiene una masa de aproximadamente 2 x 10 ³⁰ kg, que es aproximadamente 1 x 10 ⁵⁷ átomos de hidrógeno por cada estrella. Una galaxia típica 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 átomos de hidrógeno. 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 átomos de hidrógeno en el Universo observable. Pero este es definitivamente un cálculo límite inferior, e ignora muchas fuentes posibles de átomos.

Misa del universo observable

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

Estimación 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 estimación del número de estrellas en el universo observable. La estimación del número de estrellas en el universo está 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 estimación 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 población de enanas estrellas equilibra la población de estrellas cuya masa es mayor que Sol) y redondeando la estimación del número de estrellas hasta produce una masa total de todas las estrellas en el universo observable como . Sin embargo, como se señaló en la sección "materia de contenido", los resultados de WMAP, en combinación con la Modelo Lambda-CDM predecir que menos del 5% de la masa total del universo observable está compuesto de materia visible como estrellas, y el resto se compone de la materia oscura y la energía oscura.

Hoyle calcula la masa de un observable universo en estado estacionario usando la fórmula O .