Densidad de Bariones y Restricciones de la BBN
Dado que los rendimientos de elementos ligeros del Big Bang dependen de la cantidad de bariones presentes, la nucleosíntesis mide la densidad bariónica cósmica y restringe la física en los primeros segundos del universo.
Definition
La densidad bariónica es la densidad media de materia ordinaria en el universo, expresada convencionalmente a través de la relación barión-fotón; la nucleosíntesis del Big Bang la restringe porque las abundancias predichas de elementos ligeros varían con esta relación, y las abundancias también limitan cualquier nueva física que pudiera cambiar la tasa de expansión temprana.
Scope
Este tema abarca la dependencia de las abundancias primordiales de la relación barión-fotón, la determinación resultante de la densidad bariónica cósmica, la notable concordancia con el valor independiente de la radiación de fondo de microondas cómica, y las restricciones adicionales que la nucleosíntesis impone sobre la tasa de expansión, el número de especies de neutrinos y otras físicas del universo temprano.
Core questions
- ¿Cómo mide la nucleosíntesis la densidad bariónica cósmica?
- ¿Por qué es significativa la concordancia con la radiación de fondo de microondas cósmica?
- ¿Qué otras físicas restringe la nucleosíntesis?
Key concepts
- Relación barión-fotón
- Parámetro de densidad bariónica
- Bariómetro de deuterio
- Número efectivo de neutrinos
- Restricción de la tasa de expansión
- Concordancia con el CMB
Key theories
- Bariómetro a partir de abundancias
- La abundancia primordial de deuterio varía drásticamente con la relación barión-fotón, por lo que su medición determina con precisión la densidad bariónica, una determinación independiente de la radiación de fondo de microondas cósmica.
- Restricciones sobre especies relativistas
- Una expansión temprana más rápida, causada por especies relativistas adicionales, dejaría más neutrones y aumentaría la abundancia de helio, por lo que el helio observado limita el número efectivo de especies de neutrinos en el universo temprano.
Mechanisms
La ejecución de códigos de nucleosíntesis sobre un rango de relaciones barión-fotón produce curvas de abundancia predichas; la coincidencia del deuterio y el helio medidos con estas curvas produce la densidad bariónica y limita cualquier expansión no estándar, ya que los cambios en la tasa de expansión temprana alteran el "congelamiento" de neutrones a protones y, por lo tanto, los rendimientos.
Clinical relevance
La densidad bariónica de la nucleosíntesis concuerda con el valor derivado de la radiación de fondo de microondas cósmica dentro de las incertidumbres, una concordancia que valida fuertemente el modelo cosmológico estándar y demuestra que la materia ordinaria representa solo un pequeño porcentaje del presupuesto energético cósmico, siendo el resto materia oscura y energía oscura.
History
Schramm, Steigman y otros desarrollaron la nucleosíntesis como un bariómetro y como una restricción sobre las especies de neutrinos en las décadas de 1970 y 1980, limitando notablemente el número de familias de neutrinos ligeros antes de los experimentos de colisionadores; mediciones de deuterio de precisión posteriores y los resultados de Planck sobre el fondo de microondas cósmico lograron una estrecha concordancia entre las dos determinaciones de la densidad bariónica.
Debates
- Tensión y la anomalía del litio
- Aunque el deuterio y el helio concuerdan bien con la densidad bariónica del fondo de microondas cósmico, el litio no lo hace, lo que genera debate sobre si la tensión residual indica nueva física en el universo temprano o sistemáticas astrofísicas y nucleares no resueltas.
Key figures
- Gary Steigman
- David Schramm
- Keith Olive
- Brian Fields
Related topics
Seminal works
- cyburt2016
Frequently asked questions
- ¿Cómo pueden los primeros minutos del universo decirnos cuánta materia ordinaria existe?
- La cantidad de deuterio que sobrevive depende drásticamente de cuán densamente empaquetados estaban los bariones, por lo que la medición del deuterio primordial cuenta efectivamente los bariones, lo que produce la densidad bariónica cósmica.
- ¿Por qué es importante la concordancia con la radiación de fondo de microondas cósmica?
- La nucleosíntesis investiga el universo en un segundo, mientras que la radiación de fondo de microondas cósmica lo investiga a los 380.000 años; sus dos mediciones completamente independientes de la densidad bariónica concuerdan, lo que constituye una poderosa verificación de la consistencia de todo el marco del Big Bang.