Recombinación y Última Dispersión
Aproximadamente 380.000 años después del Big Bang, el universo se enfrió lo suficiente como para que los electrones y protones se combinaran en hidrógeno neutro, liberando la radiación que ahora vemos como el fondo cósmico de microondas.
Definition
La recombinación es la época cosmológica en la que los electrones y protones libres se combinaron en hidrógeno neutro, y la última dispersión es el momento, ligeramente posterior, en que los fotones dejaron de dispersarse frecuentemente de los electrones y comenzaron a viajar libremente, definiendo la superficie efectiva desde la cual se origina el fondo cósmico de microondas.
Scope
Este tema cubre la época de la recombinación, cuando el plasma primordial se volvió neutro, el desacoplamiento resultante de los fotones de la materia, la superficie de última dispersión desde la cual el fondo cósmico de microondas fluye libremente, y el espesor y la física de esta transición que dan forma al fondo observado.
Core questions
- ¿Por qué el universo se volvió transparente en la recombinación?
- ¿Qué es la superficie de última dispersión?
- ¿Cómo la física del desacoplamiento da forma al fondo cósmico de microondas?
Key concepts
- Recombinación
- Desacoplamiento
- Superficie de última dispersión
- Hidrógeno neutro
- Fracción de electrones libres
- Profundidad óptica
Key theories
- Recombinación cosmológica
- A medida que el universo se expandió y enfrió por debajo de unos pocos miles de kelvin, los electrones y protones se unieron para formar hidrógeno neutro, reduciendo drásticamente la densidad de electrones libres y la dispersión de fotones.
- Desacoplamiento de fotones
- Una vez que la recombinación eliminó la mayoría de los electrones libres, el camino libre medio de los fotones se hizo mayor que el horizonte, por lo que se desacoplaron de la materia y desde entonces se han propagado libremente desde la superficie de última dispersión.
Mechanisms
La caída de la temperatura desplazó el equilibrio de ionización de modo que los electrones capturados por los protones formaron hidrógeno neutro más rápido de lo que la radiación podía reionizarlo; con los electrones libres agotados, la dispersión de Thomson se volvió rara, la profundidad óptica cayó por debajo de uno, y los fotones se dispersaron por última vez para comenzar su viaje libre hacia nosotros.
Clinical relevance
La recombinación establece el origen del fondo cósmico de microondas y fija el corrimiento al rojo y la escala física de sus características: el horizonte sonoro en la última dispersión actúa como una regla estándar, y los detalles del desacoplamiento determinan la amortiguación y la visibilidad de las anisotropías de temperatura utilizadas para medir los parámetros cosmológicos.
History
La historia de la recombinación fue calculada por primera vez en detalle por Peebles e independientemente por Zeldovich y colaboradores en 1968, estableciendo el corrimiento al rojo de la última dispersión cerca de 1100; refinamientos posteriores mejoraron el tratamiento de la recombinación de hidrógeno y helio necesaria para la cosmología de precisión.
Debates
- Precisión de la recombinación para la cosmología de precisión
- La extracción de parámetros cosmológicos del fondo cósmico de microondas con una precisión porcentual requiere que la recombinación se modele con una precisión comparable, lo que motiva el refinamiento continuo de la física atómica de la transición.
Key figures
- James Peebles
- Yakov Zeldovich
- Rashid Sunyaev
Related topics
Seminal works
- peebles1968
Frequently asked questions
- ¿Por qué se llama recombinación si los electrones y protones nunca se habían combinado antes?
- El término es histórico y ligeramente engañoso: en el universo temprano, los electrones y protones nunca habían estado unidos previamente, por lo que esta fue en realidad su primera combinación, pero el nombre recombinación ha permanecido como estándar en cosmología.
- ¿Es la superficie de última dispersión una superficie real?
- No es una superficie física, sino el conjunto de puntos desde los cuales los fotones del fondo cósmico de microondas que nos llegan se dispersaron por última vez; debido a que el desacoplamiento tomó algún tiempo, en realidad es una capa de espesor finito en lugar de una superficie infinitamente delgada.