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Evidencias del Big Bang

[N del T: la traducción de este artículo se encuentra incompleta]


Por Björn Feuerbacher y Ryan Scranton

© 2006 [ 25 de enero de 2006]

Traducido por: Diego Romero

Original en: http://www.talkorigins.org/faqs/astronomy/bigbang.html

0) Introducción.

A) Propósito de esta FAQ

De acuerdo con la página bienvenida de este archivo, el grupo de noticias talk.origins está dirigido al debate sobre los "orígenes biológicos y físicos", y el archivo existe para proveer "respuestas de la corriente principal científica a las muchas preguntas frecuentemente hechas en el grupo de noticias talk.origins". Muchas FAQs actuales tratan sobre preguntas acerca de los orígenes biológicos y geológicos aquí en la Tierra. Esta página tomará una visualización más ancha, enfocado en el universo mismo.

Antes de empezar el examen de las pruebas en torno a la cosmolog√≠a actual, es importante comprender qu√© es y qu√© no es la teor√≠a del Big Bang (TBB). Contrario a la percepci√≥n com√ļn, la TBB no es una teor√≠a sobre el origien del universo. En cambio, describe el desarrollo del universo a trav√©s del tiempo. Este proceso es llamado "Evoluci√≥n c√≥smica" o "Evoluci√≥n cosmol√≥gica" a menudo; mientras los t√©rminos son usados por personas dentro y fuera de la comunidad astron√≥mica, es importante tener en cuenta que la TBB es totalmente independiente de la evoluci√≥n biol√≥gica. Durante las √ļltimas d√©cadas el escenario b√°sico de cosmolog√≠a dado por la TBB ha sido aceptado por astr√≥nomos, f√≠sicos y la comunidad cient√≠fica m√°s amplia en general. Sin embargo, ning√ļn consenso similar ha sido alcanzado acerca de las ideas sobre el origen definitivo del universo. Esto siguie siendo investigado activamente y algunas ideas actuales se discutir√°n m√°s adelante en este art√≠culo. Dicho esto, no obstante la TBB trata de los or√≠genes - de la materia, el origen de los elementos, el origen de la estructura a gran escala, el origen de la radiaci√≥n de fondo de microondas c√≥smica, etc√©tera. Todo esto ser√° discutido en el detalle m√°s abajo.

Adem√°s de ser una teor√≠a sobre los or√≠genes de los componentes b√°sicos del mundo que vemos hoy, la TBB tambi√©n es parad√≥jicamente una de las m√°s conocidas teor√≠as dentro del p√ļblico en general y uno de las m√°s malinterpretadas (y, ocasionalmente, distorsionadas). Teniendo en cuenta la naturaleza del tema, tambi√©n es frecuentemente discutida con cargados matices religiosos. Los creacionistas de tierra j√≥ven la descartan por ser una "teor√≠a atea", inventada por cient√≠ficos que parecen negar el relato de creaci√≥n divina del G√©nesis. A la inversa los creacionistas de tierra vieja (as√≠ bien como los otros Cristianos) han querido entender la TBB como prueba del mismo G√©nesis, afirmando que la teor√≠a demuestra que el universo tuvo un origen y no exist√≠a en alg√ļn momento distante en el pasado. Finalmente, algunos ateos han argumentado que TBB descarta a un creador del universo.

La discusi√≥n detallada de estas peleas religiosas puede ser encontrada en otros lugares (por ejemplo el libro de Craig y Smith en las referencias). Esta FAQ se concentrar√° en la ciencia √ļnicamente: lo que la teor√≠a dice, por qu√© fue desarrollada y cu√°les son las evidencias.

B) Contenido general

Muchas explicaciones de la TBB empiezan presentando variadas observaciones astronómicas, argumentando que resultan en la idea de un universo en expación y enfriándose naturalmente. Aquí, tomamos un enfoque diferente: Empezamos describiendo qué no es la TBB y corregiendo algunas ideas falsas comunes sobre la teoría. Una vez hecho esto, luego hablaremos sobre qué es la teoría y qué suposiciones se hacen cuando se describe una teoría física sobre cómo opera el universo. Con esa base en su lugar, nos cambiaremos a un examen de qué predice la TBB para nuestro universo y cómo eso encaja con lo que vemos cuando miramos el cielo. El próximo paso será mirar un poco a las objeciones más comunes a la teoría como a los desacuerdos entre la teoría y las observaciones, lo cuál conduce naturalmente a un examen de algunos de los modelos osmológicos alternativos. Terminamos con dos temas más especulativos: las ideas actuales acerca de las etapas muy tempranas del universo y su origen absoluto y una discusión de lo que podríamos esperar que nos digan la siguiente generación de experimentos y ensayos cosmológicos acerca de la TBB.

C) Fuentes adicionales de información

Como uno podr√≠a esperar de un tema con p√ļblico numeroso, hay mucha literatura sobre la TBB en tantos medios de comunicaci√≥n tanto impreso como la Web. El nivel de este material es muy grande, de textos avanzados para cursos de posgrado y m√°s, hasta textos de divulgaci√≥n para profanos. Igual, la calidad de la explicaci√≥n en estos recursos puede variar considerablemente. En particular, algunos textos de divulgaci√≥n simplifican el material en tal extremo que puede ser muy enga√Īoso. Finalmente, hay varias diatribas contra el modelo cosmol√≥gico actual, lleno de malentendidos, tergivesaciones y sarcasmos directo contra La TBB y los cosm√≥logos en general. Hemos tratado de filtrar este inmenso conjunto de informaci√≥n, resaltando las fuentes que describen la teor√≠a con exactitud y lo presentan de la forma m√°s clara posible. Disculpas con anticipaci√≥n para cualquier fuente valiosa que se ha pasado por alto o expluido sin querer.

Para una introducci√≥n seria y t√©cnica del el tema, dos libros son particularmente √ļtiles: los principios de cosmolog√≠a f√≠sica de Peebles y El universo temprano de Kolb y Turner. √Čstos son escritos para estudiantes universitarios avanzados y estudiantes postgraduados as√≠ que se requieren unos buenos conocimientos de matem√°tica. Para una descripci√≥n menos t√©cnica de las etapas tempranas del universo (con √©nfasis especial en la nucleos√≠ntesis y la f√≠sica de part√≠culas), los libros de Fritzsch y Weinberg son muy bueno y apuntan hacia el p√ļblico en general.

Mientras los libros mencionados anteriormente est√°n bien escritos, el material es algo anticuado, habiendo sido escrito antes de las observaciones y los siguientes desarrollos de los √ļltimos a√Īos (por ejemplo la expansi√≥n acelerada del universo y la inclusi√≥n de la energ√≠a oscura en el modelo de la cosmolog√≠ca actual). Textos m√°s nuevos como los escritos por Peacock, Kirshner y Livio incluyen la discusi√≥n de estos temas. El primero est√° en el nivel de Peebles, Kolb y Turner, mientras que los segundos dos est√°n escrito para una audiencia general. Finalmente, el autor de √©sta FAQ recomienda un nuevo libro de Kippenhahn, con la advertencia de que est√° solo disponible en alem√°n actualmente.

En la red, la fuente mejor conocida la informaci√≥n de divulgaci√≥n sobre el Big Bang es el tutorial de cosmolog√≠a de Ned Wright. Dr. Wright es un cosm√≥logo profesional de la Universdad de California, Los Angeles y su tutorial se us√≥ exhaustivamente para compilar esta FAQ. Tambi√©n ha escrito Su propia FAQ del Big Bang, actualiza su sitio con regularidad con las √ļltimas noticias sobre cosmolog√≠a y trata algunos de los m√°s populares modelos cosmol√≥gicos alternativos.

Las p√°ginas de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (Zonda Anisotr√≥pica de Microondas Wilkinson) en la NASA tienen una muy buena descripci√≥n de las sustentaciones te√≥ricas de la TBB dirigida a una audiencia lega. Otras de las p√°ginas bien escritas sobre la TBB incluyen la Wikipedia, los art√≠culos sobre el Universo y el Big Bang. Por √ļltimo, hay una peque√Īa FAQ El Big Bang y la expansi√≥n del universo en el Atlas del universo, el cual tambi√©n corrige algunas de las falsas ideas m√°s comunes.

1) ¬ŅQu√© es la teor√≠a del Big Bang?

A) Confunciones frecuentes sobre el Big Bang

En la mayoría de las fuentes de divulgación científica, la TBB es descrita a menudo con algo como "El universo surgió debido a la explosión de un punto en el que toda la materia estaba concentrada." No sorprendentemente, ésta es probablemente la impresión usual que la mayoría de las personas tienen de la teoría. Ocasionalmente, uno incluso escucha "En el principio, no había nada, que estalló."

Hay algunas falsas ideas escondidas en estas declaraciones:

  • La TBB no se trata del origen del universo. En vez de eso, su enfoque principal es el desarrollo del universo a trav√©s del tiempo.
  • La TBB no implica que el universo era parecido a un punto.
  • El origen del universo no fue una explosi√≥n de materia en espacio ya existente.

El famoso cosmólogo P. J. E. Peebles dijo esto sucintamente en la edición de enero 2001 de Scientific American (toda esa edición trata sobre cosmología y vale la pena leerla!): "Que el universo se está expandiendo y enfriándose es la esencia de la teoría del Big Bang. Usted notará que no he dicho nada sobre una "Explosión" - la teoría del Big Bang describe cómo nuestro universo se está desarrollando, no cómo comenzó." (P. 44). La edición de marzo de 2005 también contiene un excelente artículo que corrige muchas de las frecuentes falsas ideas sobre la TBB.

Otro cosm√≥logo, el alem√°n Rudolf Kippenhahn, escribi√≥ lo siguiente en su libro "Kosmologie fuer die Westentasche" ("Cosmolog√≠a para el bolsillo "): "existe la equivocada y generalizada creencia de que, de acuerdo con la ley de Hubble, la gran explosi√≥n comenz√≥ en un cierto punto en el espacio. Por ejemplo: en un momento, una explosi√≥n ocurri√≥, y de eso una nube de explosi√≥n se desplaz√≥ a trav√©s del espacio, de la misma manera que una explosi√≥n sobre la tierra, y la materia se expande m√°s y m√°s en √°reas m√°s grandes del espacio. No, la ley de Hubble solamente dice que la materia era m√°s densa en todas partes del espacio en el pasado, y que se vuelve m√°s tenue con el tiempo porque todo se aleja entre s√≠." En una nota al pie de p√°gina, a√Īadi√≥: "En las presentaciones de divulgaci√≥n cient√≠fica, a menudo las fases tempranas del universo son descriptas como "Cuando el universo era tan grande como una manzana" o "Como una arveja". Lo que se representa all√≠ es en general la √©poca en la que no todo, sino solamente la parte del universo que es observable hoy ten√≠a estos tama√Īos." (Pp. 46, 47; la traducci√≥n del autor de la FAQ, √©nfasis en el original).

Definitivamente, la p√°gina web que describe el Universo Ekpyr√≥tico (un modelo del universo temprano que involucra los conceptos de la Teor√≠a de Cuerdas) contiene un buen recuento de las usuales falsas ideas. Leer el primer p√°rrafo, "¬ŅEn qu√© consiste el modelo del Big Bang?".

Hay varias razones por las cuales estas falsas ideas persisten en la mente del p√ļblico. Ante todo, el t√©rmino "Big Bang" ("Gran explosi√≥n" en ingl√©s) fue acu√Īado originalmente en 1950 por Sir Fred Hoyle, un oponente incondicional de la teor√≠a. Era un defensor del modelo de "Estado Estacionario" y ten√≠a una opini√≥n muy baja acerca de la idea de un universo en expansi√≥n. Otro origen de la confusi√≥n es la expresi√≥n "√Ātomo Primigenio" repetida a menudo. Esta fue usada por Lemaitre (uno de los desarrolladores tempranos de la teor√≠a) en 1927 para explicar el concepto a la audiencia lega, quienes no estar√≠an familiarizados con la idea de bombas nucleares durante algunas d√©cadas. Con √©stos y las otras descripciones erroneas incesantemente propagadas por lo dem√°s bienintencionados medios de comunicaci√≥n (y no tan bienintencionados), no es sorprendente que muchas personas tengan ideas completamente distorsionadas sobre qu√© dice la TBB. Por eso mismo, el hecho de que muchas personas piensan que la teor√≠a es una cosa rid√≠cula es esperable, dado su conocimiento inexacto de la teor√≠a y la datos detr√°s de ella.

B) ¬ŅQu√© es lo que realmente dice la teor√≠a?

Dar una descripción exacta de la TBB en términos sencillos es sumamente difícil. De la misma manera que muchos temas científicos modernos, cada uno de los intentos será necesariamente vago y poco consistente cuando ciertos detalles se resaltan y otros se barren bajo la alfombra. Para realmente comprender tal teoría, uno tiene que mirar las ecuaciones que describen la teoría completamente, y esto puede ser muy exigente. Dicho esto, las citas de Peebles y Kippenhahn deben dar una idea de lo que la teoría en realidad dice. En los siguientes párrafos, daremos más detalles sobre su descripción básica.

La m√°s simple descripci√≥n de la teor√≠a ser√≠a algo como esto: "En el pasado distante, el universo era muy denso y caliente; desde entonces se expandi√≥, poniendose menos denso y m√°s fr√≠o". La palabra "expandir" no debe ser entendida como que la matera salt√≥ en pedazos; antes bien, hace referencia a la idea de que el espacio mismo se est√° haciendo m√°s grande. Las analog√≠as m√°s comunes que se usan para describir este fen√≥meno son la superficie de un globo (con galaxias representadas por puntos o monedas fijada a la superficie) o pan de hornear (con galaxias representadas por pasas en la masa que se dilata). De la misma manera que todas analog√≠as, la semejanza entre la teor√≠a y el ejemplo es imperfecta. En ambos casos, el modelo insin√ļa que el universo se est√° expandiendo en algo m√°s grande, en un volumen preexistente. A decir verdad, la teor√≠a no indica nada de esto. En su lugar, la expansi√≥n del universo es totalmente autocontenida. Esto va contra nuestro sentido com√ļn acerca del volumen y la geometr√≠a, pero es el resultado de las ecuaciones. M√°s informaci√≥n adicional acerca de esta cuesti√≥n se puede encontrar en la secci√≥n ¬ŅEn qu√© se est√° expandiendo el universo? en la FAQ de Ned Wright.

Las personas a menudo tienen dificultad con la idea de que "el espacio mismo se expande". Una manera más fácil de comprender este concepto es pensar en ello como el incremento en la distancia entre dos puntos cualquier del universo (con algunas excepciones notables, como menciono más abajo). Por ejemplo, Digamos que tenemos dos puntos (A y B) que están en posiciones de coordinadas fijos. En un universo en expansión, descubriríamos dos cosas extraordinarias son verdaderas. La primera, la distancia entre A y B es una función del tiempo; y la segunda, la distancia está siempre en aumento.

Para comprender realmente qué representa esto y cómo se definiría la "distancia" en éste modelo, es necesario tener alguna idea de lo que trata la teoría de relatividad general (TGR) de Einstein; otro tema que no se presta a explicaciones simples y sencillas. Uno de los libros de texto sobre la TGR más populares de Misner, Thorne & Wheeler lo resume así: "el espacio le dice a la materia cómo moverse, la materia le dice el espacio cómo curvarse." Por supuesto, esta sentencia omite los ciertos detalles de la teoría, por ejemplo que el espacio también le dice a la radiación electromagnética cómo moverse (bellamente demostrado mediante la "lente gravitacional", la desviación de la luz alrededor de objetos masivos), cómo el espacio también se curva en respuesta a la energía, y cómo la energía puede causar que el espacio haga mucho más que sólo curvarse. Quizás una mejor (aunque más larga) forma de describir la TGR sería: "La energía determina la geometría y los cambios en la geometría del universo, y, a su vez, la geometría condiciona el movimiento de la energía".

As√≠ que, dado esto, ¬Ņc√≥mo se llega a la TBB a partir de la TGR?. Las ecuaciones b√°sicas de la TBB vienen directamente de las ecuaciones de la TGR de Einstein bajo dos suposiciones clave: primera, que la distribuci√≥n de la materia y la energ√≠a en el universo es homog√©nea y, segunda, que la distribuci√≥n es isotr√≥pica. Una manera m√°s simple de poner esto es que el universo se ve igual por todas partes y en todas direcciones. La combinaci√≥n de estas dos suposiciones frecuentemente se mencionan con el t√©rmino principio cosmol√≥gico. Obviamente, estas suposiciones no describen el universo en todas las escalas f√≠sicas. Sentado en su silla, usted tiene una densidad que es aproxim√°damente 1000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 veces la densidad media del universo. Asimismo, la densidad de cosas como estrellas, galaxias y grupos de galaxia est√°n bien encima de la media (aunque no tan cercana como la de usted). En vez de eso, descubrimos que estas suposiciones solamente son aplicable sobre escalas sumamente grandes, alrededor de varios cientos de millones a√Īo luz. Sin embargo, aunque tenemos buenas pruebas de que el principio osmol√≥gico es v√°lido en estas escalas, estamos limitados solo a un punto y un volumen finito del universo para examinar as√≠ que estas suposiciones deben quedarse exactamente en eso.

Si asumimos estas suposiciones aparentemente simples, las implicanciones para la geometr√≠a del universo son muy profundas. Primero, uno puede demostrar matem√°ticamente que hay solamente tres curvaturas posibles para el universo: la curvatua positiva, negativa o cero (√©stos com√ļnmente tambi√©n son llamado modelos "Cerrado", "Abierto" y "Plano"). V√©anse estas conferencias sobre cosmolog√≠a y TGR, y esta discusi√≥n sobre la m√©trica Friedman-Robertson-Walker (tambi√©n llamada la m√©trica Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker) para derivacioes m√°s detalladas. M√°s a√ļn, la suposici√≥n de la homogeneidad nos dice que la curvatura debe ser igual en todas partes. Para visualizar las tres posibilidades, modelos de dos dimensiones del verdadero espacio tridimensional pueden servir de ayuda; la figura de m√°s abajo, perteneciente al Equipo Cient√≠fico NASA/WMAP, se da como ejemplo. El modelo m√°s familiar con curvatura positiva es la superficie de una esfera. No el objeto tridimensional entero, sino s√≥lo su superficie (usted puede distinguir que la superficie es bidimensional ya que puede especificar cualquier punto con s√≥lo dos n√ļmeros, de la misma manera que la longitud y la latitud de la Tierra). La curvatura cero se puede modelar como un simple plano recto; esto es las coordenadas cartesianas cl√°sicas que la mayor√≠a de las personas recordar√°n de la escuela. Por √ļltimo, uno puede imaginar la curvatura negativa como la superficie de una silla de montar, donde las l√≠neas paralelas se bifurcar√°n entre s√≠ cuando son proyectados hacia el infinito (permanecen paralelas en un espacio de curvatura cero y son convergentes en un espacio absolutamente curvado).

Possible geometries of the universe

Hay ejemplos más complicados de estas configuraciones, pero no hablaremos de ellos aquí. Aquellos interesados en leer más sobre este punto pueden mirar esta descripción de topología del universo.

La segunda conclusi√≥n important que podemos trazar a partir del principio cosmol√≥gico es que el universo no tiene ning√ļn l√≠mite y no tiene ning√ļn centro. Obviamente, si cualquiera de estas declaraciones fuera verdadera, entonces la idea de que todos puntos en el universo son indistinguibles (i.e. el universo es isotr√≥pico) ser√≠a falsa. Esta conclusi√≥n puede ser antiintuitiva, particularmente cuando se considera un universo con curvatura positiva como la de una concha esf√©rica. Este espacio es evidentemente finito, pero, como tambi√©n estar claro despu√©s de la idea de hace un momento, es tambi√©n posible recorrer una distancia arbitrariamente grande alrededor del c√≠rculo sin dejar la superficie. Por lo tanto, no tiene ning√ļn l√≠mite. Para las superficies planas y negativamente curvadas, est√° claro que estos casos deben extenderse a un tama√Īo infinito. Notablemente, dadas las inmensas diferencias que estos casos presentan para la configuraci√≥n y el tama√Īo del universo, determinar cu√°l de estos tres casos vale para nuestro universo es en realidad todav√≠a una cuesti√≥n sin resolver en cosmolog√≠a.

C) Contenido del universo

Tal como dijimos más arriba, la TGR nos dice que el contenido de materia y energía del universo determinan tanto la presente como la futura geometría del espacio. Por lo tanto, si queremos hacer cualquier predicción sobre cómo el universo cambia con el tiempo, tenemos que tener una idea de qué tipos de materia y energía están presentes en el universo. Otra vez, aplicar el principio cosmológico simplifica el asunto considerablemente. De hecho, si la distribución de la materia y la energía es uniforme a escalas muy grandes, entonces todo que tenemos que saber es la densidad y la presión de cada componente. Incluso mejor, para la mayoría de los casos que son relevante para la cosmología, la presión y la densidad tienden a estar relacionadas una con la otra por la así llamada "equación de estado". Por lo tanto, si sabemos la densidad de un componente en particular, entonces sabemos su presión vía la ecuación de estado y podemos calcular cómo afectará la geometría del universo ahora y en cualquier momento en el pasado o el futuro.

Después de mucho trabajo teórico y de observación, esencialmente hay tres grandes categorías de materia y energía que tenemos que considerar

  • Materia: en el curso normal de la vida sobre la Tierra, tendemos a pensar sobre la relaci√≥n entre la presi√≥n y la densidad de la materia como importante, pero incompleta. De qu√≠mica b√°sica o clases de f√≠sica, nos enteramos de que la presi√≥n tambi√©n es t√≠picamente una funci√≥n de la temperatura. Otra manera de pensar en la temperatura es como medida de la velocidad a que la materia est√° recorriendo, aunque de manera aleatoria (piense en las mol√©culas de aire dentro de un globo; se mueven r√°pida y desordenadamente dentro del globo, pero el globo mismo se queda inm√≥vil). Mientras estas mol√©culas pueden moverse r√°pidamente para nuestros est√°ndares, comparado con la velocidad de la luz (que es lo relevante cuando consideramos la TGR) estas part√≠culas est√°n pr√°cticamente inm√≥viles. Para una muy buena aproximaci√≥n, s√≥lo podemos poner la materia a presi√≥n cero; lo que realmente estamos diciendo es que la presi√≥n es diminuta comparada con la densidad de energ√≠a de la materia.

    En el lenguaje cosmológico, esta clase de materia es descrita como "materia fría", un término que incluiría estrellas, planetas, asteroides, polvo interestelar, etcétera. Debido a que estamos limitados a observar fotones del resto del universo, el hecho de que gran parte de esta materia fría no brilla de cualquier manera apreciable quiere decir que tenemos que observarlo indirectamente, principalmente por su efecto gravitacional sobre la materia que podemos ver. Este tipo de materia obscura (principalmente planetas, estrellas agotadas y gas frío) es muy abundante en el universo.

    Adem√°s de esta materia oscura normal, tambi√©n hay pruebas suficientes de que el universo contiene mucha material oscura que es b√°sicamente diferente de la material oscura descrita m√°s arriba. Mientras que materia normal brilla si est√° suficientemente caliente, esta materia oscura es oscura porque no interact√ļa con la luz en absoluto. Esto es contrario a nuestra experiencia diaria, por supuesto, pero la teor√≠a de campo cu√°ntico actual predice la existencia de varias part√≠culas que encajar√≠an con este requisito (por ejemplo el "neutralino" predicho por la supersimetr√≠a o el "axion"; ver m√°s abajo para m√°s detalles).

    Como en el caso de la materia obscura normal (que suele ser llamada "materia oscura bari√≥nica" debido a que est√° hecha principalmente de protones y neutrones, que pertenecen a un grupo de part√≠cula llamado "bariones"), No necesitamos saber los detalles exactos de este materia obscura para hacer predicciones cosmol√≥gicas. Todo que necesitamos saber es su ecuaci√≥n de estado. La "materia oscura fr√≠a" estar√≠a constituida por part√≠culas masivas de movimiento lento, donde "masiva" est√° en relaci√≥n con la masa de las part√≠culas como el prot√≥n y "lento" est√° en relaci√≥n con la velocidad de la luz. De la misma manera que con la materia fr√≠a bari√≥nica, la presi√≥n asociada con estas part√≠culas ser√≠a efectivamente cero. Por otro lado, si los part√≠culas de materia obscura son muy ligeras, entonces tender√≠an a moverse muy r√°pidamente y su presi√≥n asociada deber√≠a ser insignificante. Este tipo de materia obscura es llamada "materia oscura caliente". Como complemento, uno tambi√©n pod√≠a imaginar un tercer, caso intermedio ("la materia oscura tibia"). En definitiva, es digno de notar que, debido a que no interact√ļa con la luz, la "temperatura" de la materia oscura no va tener que ver con la temperatura del universo en su conjunto; la materia oscura caliente se queda caliente no importa qu√© tan fr√≠o se ponga el universo. Como hablaremos luego, las observaciones actuales indican que el componente de matria del universo est√° dominado por la materia oscura fr√≠a, con cantidades peque√Īas de materia bari√≥nica y un poco a ninguna materia oscura tibia o caliente.

  • Radiaci√≥n: en rigor, esta categor√≠a solamente incluye la radiaci√≥n electromagn√©tica. Sin embargo, la materia oscura caliente a menudo se agrupa junto a la radiaci√≥n ya que, cuando las part√≠culas est√°n moviendo a velocidades muy cercanas a la de la luz, tienen esencialmente la misma ecuaci√≥n de estado. Para la radiaci√≥n, la presi√≥n es igual a un tercio de la densidad de energ√≠a. De las observaciones, sabemos que la radiaci√≥n no es una parte importante en el balance final de densidad de energ√≠a en el universo actual. Sin embargo, debido a la ecuaci√≥n de estado, la densidad de energ√≠a de la radiaci√≥n es la cuarta fuerza inversa para el tama√Īo del universo. Por ejemplo, si volvemos atr√°s en el tiempo al momento en el que el universo observable era la mitad del tama√Īo que es hoy, descubrir√≠amos que la densidad de energ√≠a era 16 veces el valor actual, mientras que la densidad de energ√≠a de la materia era solamente 8 veces su valor actual. La obvia implicaci√≥n de esto es que, no importa cu√°les son sus valores hoy, si volvemos lo suficientemente lejos en el tiempo, la radiaci√≥n ser√° la fuente dominante de la densidad de energ√≠a en el universo. Esto tiene implicancias enormes para ambos la creaci√≥n de elementos ligeros en etapas muy tempranas del universo (tambi√©n conocido como nucleos√≠ntesis primigenia) y la formaci√≥n de la radiaci√≥n de fondo de microondas c√≥smica (RFMC).
  • El tercer componente en el modelo estandar de la TBB es tambi√©n del que menos sabemos. El t√©rmino gen√©rico para este componente es "energ√≠a oscura", aunque este t√©rmino cubre una amplia gama de posibilidades. De la teor√≠a de campo cu√°ntico, sabemos que todo el espacio debe estar lleno de energ√≠a, incluso sin la presencia de materia o radiaci√≥n. Esta energ√≠a es conocida por varios nombres: "energ√≠a del punto cero", "fluctuaciones del punto cero ", "energ√≠a del vac√≠o", "fluctuaciones del vac√≠o", etc√©tera. Como algunos de los nombres implican, esta energ√≠a no persiste de la misma manera que la materia o la radiaci√≥n normal lo hacen; en su lugar las part√≠culas que la transportan aparecen y desaparecen, tal como predice el principio de incertidumbre de Heisenberg. Este tipo de la energ√≠a no puede ser detectado directamente, pero las mediciones de, por ejemplo el efecto de Casimir, demuestran que existe.

    Tomando esto como un indicador de que este tipo de energía existe, podemos observar qué efecto podría tener esto desde el punto de vista de la cosmología. Sin considerar la expansión del universo, la densidad de la energía del punto cero permanece constante y positva. Esto conduce a una conclusión curiosa (y antiintuitiva), que la presión relacionada con la energía oscura es negativa. Si uno tapa un componente como éste en las ecuaciones de la TBB estandar, el efecto de la presión negativa es más grande que el de la densidad de energía positiva. Por consiguiente, en un universo impulsado por la energía oscura, el efecto de su gravedad es acelerar la expansión del universo, en lugar de disminuir su velocidad (como uno podría esperar en un universo compuesto solo de materia).

    A veces uno también escucha el término "constante cosmológica" relacionada con la energía oscura. Para comprender la razón para esto, uno tiene que estar un poco al tanto de la historia de la aplicación de la TGR a todo el universo. Cuando Einstein trató primero de hacer eso, descubrió que predecía que el universo se debe dilatar o bién contraer. Pero en laépoca de Einstein, el universo se pensaba que era estático. Así que observó las suposiciones que realizó para obtener las ecuaciones de la TGR otra vez. Uno de ellos era que un universo vacío, es decir, uno que no contiene materia o energía, debe tener curvatura cero ("plano" como se dijo anteriormente). Einstein descubrió que si retiraba esa suposición, un parámetro adicional libre salía en las ecuaciones de la TGR. Si ese parámetro se pone a un valor especial, ¡las ecuaciones producen de nuevo el universo estático esperado! Por lo tanto, llamó a ese parámetro adicional la "Constante cosmológica".

    Obviamente, esto era una soluci√≥n algo ad hoc para un problema solamente aparente (la soluci√≥n se hizo superflua cuando empezaron a aparecer pruebas de que el universo no era est√°tico). De acuerdo con Gamow, Einstein llam√≥ despu√©s este truco "su metida de pata m√°s grande". Dicho esto, ahora tambi√©n sabemos que el espacio, sin los la materia o energ√≠a "ordinaria" (o ni siquiera ex√≥tica), todav√≠a tiene que contener fluctuaciones de vac√≠o predichas por teor√≠a de campo cu√°ntico. En otras palabras, incluso el espacio "vac√≠o" todav√≠a contiene energ√≠a y por lo tanto no tiene que ser plano. Esto (m√°s bien) justifica usar la constante cosmol√≥gica; en esta interpretaci√≥n, representar√≠a el "densidad de energ√≠a del vac√≠o" causada por las fluctuaciones cu√°nticas, convirtiendo la constante cosmol√≥gica en un tipo especial de energ√≠a oscura. De este punto de vista, presentar la constante cosmol√≥gica no fue una metida de pata - antes bien el descubrimiento por accidente de un par√°metro adicional necesario y a√ļn crucial en las ecuaciones de la TGR y en consecuencia tambi√©n de las ecuaciones de la TBB.

D) Resumen: parámetros de la teoría del Big Bang

De la misma manera que toda teoría física, la TBB necesita de parámetros. Basándonos en el lo que hemos establecido hasta ahora, tenemos

  • La curvatura del espacio. Como se discuti√≥ m√°s arriba, puede ser positiva (cerrado), negativa (abierto) o bi√©n cero (plano).
  • El factor de escala. Una de las primeras cosas que uno nota cuando se estudiar cosmolog√≠a es que medir el valor absoluto de cualquier cantidad puede ser sumamente exigente. Antes bien, la mayor√≠a de las cantidades que los cosm√≥logos tratan de medir son en realidad promedios. El factor de escala es la proporci√≥n entre el "tama√Īo" actual del universo y el tama√Īo del universo en alg√ļn momento del pasado o del futuro (el "tama√Īo" que est√° definido apropiado para una curvatura en particular). Obviamente, este par√°metro es uno ahora y menos de uno en cualquier momento en el pasado para un universo en expansi√≥n.
  • El par√°metro de Hubble. Este se confunde con la "constante de Hubble". En parte, esto es una reliquia del trabajo original de Hubble mostrando la expansi√≥n del universo, donde era s√≥lo un par√°metro sumplementario para traducir velocidad en distancia. En el uso moderno, ese t√©rmino solamente se refiere al valor actual; en realidad esta cantidad var√≠a con el tiempo. Oficialmente, el par√°metro de Hubble mide la tasa de cambio del factor de escala en un momento dado (la derivada del factor de escala normalizado por el valor actual). Una manera m√°s simple de pensar en ello es que el par√°metro de Hubble dice qu√© tan r√°pido el universo se est√° expandiendo en un momento dado.
  • Par√°metro de desaceleraci√≥n. En un universo de solo materia, la expansi√≥n del universo disminuir√≠a de velocidad debido a la gravedad de esa materia, probablemente causando el colapso de √©ste. Esto quiere decir que la tasa de expansi√≥n (el par√°metro de Hubble) cambiar√≠a y el par√°metro de desaceleraci√≥n mide esa tasa de cambio (la segunda derivada del factor de escala, para aquellos que siguen la pista). La primera evidencia de que la energ√≠a oscura era importante para la cosmolog√≠a vino del descubrimiento de que el par√°metro de desaceleraci√≥n no era negativo (como era de esperar), sino positivo. Por lo tanto, en lugar de disminuir la velocidad, la expansi√≥n se estaba en realidad acelerando. Ir√≥nicamente, esto ha llevado a que los cosm√≥logos hagan caso omiso de este par√°metro principalmente en provecho del pr√≥ximo juego de los par√°metros.
  • Densidad de los componentes. Esto es muy simple: ¬Ņcu√°nta radiaci√≥n, materia (bari√≥nica y obscura) y energ√≠a oscura hay en el universo? Estas densidades son expresadas en proporciones entre la densidad de un componente en particular y la densidad que har√≠a que la curvatura del universo fuese plana. Si uno sabe los valores de estas densidades y el par√°metro de Hubble en un momento dado, entonces uno puede determinar el valor del par√°metro de desaceleraci√≥n; de all√≠ que haya desaparecido ese par√°metro en gran parte de la literatura cosmol√≥gica en los √ļltimos a√Īos.
  • Ecuaci√≥n de estado de la energ√≠a oscura. Como se dijo anteriormente, para la radiaci√≥n y la material las ecuaciones de estado son determinadas por f√≠sica ya conocida. Para la energ√≠a oscura, sin embargo, los datos todav√≠a no son capaces de determinar un modelo en particular. Como tal, la mayor√≠a de los trabajos en la literatura tratan la ecuaci√≥n de estado de la energ√≠a oscura como un par√°metro libre (posiblemente variando con el tiempo, dependiendo del modelo) o escogen un valor expl√≠citamente como una restricci√≥n previa (ver abajo).

Esto parece una lista larga de los par√°metros - - tanto que uno podr√≠a argumentar que cualquier teor√≠a con tantos par√°metros podr√≠a encajar con cualquier grupo de observaciones. Sin embargo, como se dijo anteriormente, realmente no son independientes. Escogiendo un valor para el par√°metro de Hubble inmediatamente afecta los valores esperados para las densidades y el par√°metro de desaceleraci√≥n. De la misma manera, una mezcla diferente de las densidades de componentes cambiar√°n la manera que el par√°metro de Hubble var√≠a con el tiempo. Adem√°s, hay una gran variedad de observaciones de cosmol√≥gicas que se pueden hacer, observaciones con metodolog√≠as, sensibilidades y asunciones sistem√°ticas diametralmente diferentes. Un modelo consensuado tiene que combinar con todos de los datos disponibles y, durante la √ļltima d√©cada en cosmolog√≠a, combinar estos experimentos ha resultado en lo que ha sido llamado el "modelo de concordancias".

Esta imagen básica se construye sobre la base del llamado modelo "Lambda CDM". El Lambda demuestra la inclusión de la energía oscura en el modelo (específicamente la constante cosmológica, que implica una ecuación de estado donde la presión es igual a -1 veces de la densidad de energía). "CDM" es la abreviatura para para la "materia oscura fría (Cold Dark Matter)". Por lo tanto,, el nombre del modelo incluye lo que se cree son los dos componentes más importantes del universo: la energía oscura y la materia oscura. La abundancia de estos dos respectivos componentes y el tercer componente importante, la materia bariónica (u "ordinaria"), se muestra abajo en el gráfico circular (provisto por el Equipo Científico NASA/WMAP):

Contents of the universe

Como se dijo anteriormente, estos valores encajan los datos de una gran variedad de observaciones cosmológicas, las cuales son nuestro próximo tema.

2) Evidencias

Habiendo establecido las ideas b√°sicas y la terminolog√≠a de la TBB, ahora podemos considerar c√≥mo los datos se comparan a lo que esperamos de la teor√≠a. Como mencionamos al final de la √ļltima secci√≥n, no hay un solo experimento que es consistente con todos aspectos de la TBB. Antes bien, cualquier observaci√≥n en particular provee comprender alguna combinaci√≥n de los par√°metros y aspectos de la teor√≠a y tenemos que combinar los resultados de diferentes l√≠neas de investigaci√≥n para conseguir una imagen global lo m√°s clara posible. Este tipo de enfoque ser√° m√°s evidente en las √ļltimas dos secciones donde hablaremos de las evidencias para los dos aspectos m√°s ex√≥ticos de la TBB actual: la materia oscura y la energ√≠a oscura.

A) Homogeneidad a gran escala

Regresando a nuestra discusi√≥n original de la TBB, Una de las suposiciones clave hecha para derivar la TBB a partir de la TGR era que el universo es, a gran escala, homog√©neo. A peque√Īa escala, donde tropezamos con planetas, estrellas y galaxias, esta suposici√≥n no es obviamente verdadera. Como tal, no esperar√≠amos que las ecuaciones que gobiernan la TBB fueran una muy buena descripci√≥n de c√≥mo funcionan estos sistemas. Sin embargo, cuando uno incrementa la escala de inter√©s a escalas realmente grandes - cientos de millones de a√Īos luz - √©sta se va convirtiendo en una aproximaci√≥n mejor de la realidad.

Como un ejemplo, considere el dibujo vectorizado de abajo mostrando las galaxias del relevamiento de corrimiento al rojo de Las Campanas (prove√≠do por Ned Wright). Cada punto representa una galaxia (aproximadamente 20,000 en la encuesta total) donde han medido tanto la posici√≥n en el cielo como el corrimiento al rojo y traducido a una ubicaci√≥n en el universo. Imagine poniendo muchos c√≠rculos de un tama√Īo fijo sobre ese dibujo vectorizado y contar cu√°ntas galaxias est√°n dentro de cada c√≠rculo. Si usted usara una abertura peque√Īa (donde "peque√Īa" no es nada menos que decenas de millones de a√Īos luz), entonces el n√ļmero de galaxias en cualquier c√≠rculo en particular va a fluctuar mucho en comparaci√≥n con el n√ļmero medio de galaxias en todos los c√≠rculos: algunos c√≠rculos estar√°n totalmente vac√≠os mientras que los otros pod√≠an tener m√°s de una docena. Por otro lado, si usted usa c√≠rculos grandes (¬°y permaneciendo dentro de sus l√≠mites!), la variaci√≥n de c√≠rculo a c√≠rculo termina siendo muy peque√Īo comparado con el n√ļmero medio de galaxias en cada c√≠rculo. √Čsto es lo que los cosm√≥logos quieren decir cuando dicen que el universo es homog√©neo. Un caso a√ļn m√°s fuerte para la homogeneidad puede hacer con la RFMC, del cual hablaremos m√°s abajo.

Las Campanas Redshift Survey

B) Diagrama de Hubble

La idea básica de un universo en expansión es que la distancia entre dos puntos cualquiera se incrementa con el tiempo. Una de las consecuencias de este efecto es que, cuando la luz se desplaza a través de este espacio en expansión, su longitud de onda se distorsionada también. En la parte óptica del espectro electromagnético, la luz roja tiene una longitud de onda más larga que la luz azul, así que los cosmólogos se refieren a este proceso como corrimiento o desplazamiento al rojo (corrimiento al rojo). Cuanto más tiempo recorre la luz en el espacio que se expande, más corrimiento la rojo experimenta. Por lo tanto, ya que la luz viaja a una velocidad fija, la TBB nos dice que el corrimiento al rojo que observamos para la luz de un objeto distante debe estar relacionado con la distancia de ese objeto. Esta elegante conclusión se hace un poco más complicada por la pregunta qué quiere decir "distancia" en un universo en expansión (ver la sección "muchas distancias" de Ned Wright en su tutorial de cosmología para un resumen de lo que "distancia" quiere decir en la TBB), pero la idea básica permanece igual.

El corrimiento al rojo cosmol√≥gico es a menudo combinado enga√Īosamente con el fen√≥meno conocido como el efecto Doppler. √Čste es el cambio en la longitud de onda (del sonido o la luz) que uno observa debido al movimiento respectivo entre el observador y la fuente de sonido o luz. El ejemplo m√°s com√ļn citado para este efecto es el cambio en el tono cuando un tren se acerca y luego se aleja del observador; mientras el tren se est√° acercando, el tono aumenta, seguido de un decrecimiento r√°pido cuando el tren se aleja. Debido a que la expansi√≥n del universo parece como alg√ļn tipo de movimiento relativo y sabemos de la discusi√≥n de m√°s arriba que debemos ver fotones desplaz√°ndose al rojo, es tentador explicar el corrimiento al rojo cosmol√≥gico como simplemente otra manifestaci√≥n del efecto Doppler. Efectivamente, cuando Edwin Hubble hizo sus mediciones de la expansi√≥n del universo por primera vez, su interpretaci√≥n inicial era en relaci√≥n con un verdadero y f√≠sico movimiento de las galaxias; de all√≠, las unidades sobre la constante de Hubble: kil√≥metro por segundo por megap√°rsec.

Sin embargo, en realidad, el "movimiento" de las galaxias distantes no es verdadero movimiento como estrellas que giran alrededor del centro de nuestra galaxia, tierra que gira alrededor del Sol o incluso alguien que camina en la habitación. Antes bien, el espacio se está dilatando y se está llevando las galaxias a pasear. Esto se puede ver en la fórmula para calcular el corrimiento al rojo de una fuente de luz en particular. El corrimiento al rojo (z) está relacionado con la proporción de la longitud de onda observada (W_O) y la longitud de onda de la luz emitida (W_E) de la siguiente manera: 1 + z = W_O / W_E. La longitud de onda de la luz es ampliada en la misma proporción que el universo así que también sabemos que: 1 + z = a_O/a_E, donde a_O es el valor actual del factor de escala (puesto a 1 generalmente) y a_E es el valor del factor de escala cuando la luz fue emitida. Como uno puede ver, la velocidad está ausente en estas ecuaciones, verificando así nuestra primera afirmación. Más detalle en este punto se puede encontrar en Reconsideraciones sobre el corrimiento al rojo. Si uno insiste (y es muy cuidadoso sobre qué quiere decir exactamente "Distancia" y "Velocidad"), en entender el corrimiento al rojo cosmológico como efecto Doppler es posible, pero (por razones que analizaremos después) ésta no es la interpretación acostumbrada.

Como mencionamos antes, incluso después de que Einstein desarrolló la TGR, el consenso en astronomía era que el universo era estático y había existido por siempre. En 1929, sin embargo, Edwin Hubble hizo a series of mediciones en el Observatorio del Monte Wilson cerca de Pasadena, California. Usando estrellas variable Cefeidas en varias galaxias, Hubble descubrió que el corrimiento al rojo (que interpretó como una velocidad, como se dijo anteriormente) era toscamente proporcional a la distancia. Esta relación se hizo conocida como Ley de Hubble y provocó una serie de trabajos teóricos que se transformaron en la TBB moderna.

A primera vista, montar un diagrama de Hubble y determinar el valor de la constante de Hubble parecen muy f√°ciles. En la pr√°ctica, sin embargo, √©sto no es el caso. Medir la distancia a las galaxias (y otros objetos astron√≥micos) nunca es simple. Como se dijo anteriormente, el √ļnico dato que tenemos del universo es la luz; imagine la dificultad de calcular la distancia a una persona que camina en la calle con exactitud sin saber qu√© tan alto es o si es capaz de mover su cabeza. Sin embargo, usando una combinaci√≥n de geometr√≠a f√≠sica y estad√≠stica, los astr√≥nomos se las han arreglado para tener una series de m√©todos interrelacionados, conocido como la escalera de distancias, que son razonablemente confiables. La FAQ en Talk-Origins sobre c√≥mo determinar distancias astron√≥micas Provee una detallada explicaci√≥n de estos m√©todos, su aplicabilidad y sus limitaciones.

A la inversa, la otra parte de la ecuaci√≥n, el corrimiento al rojo, es relativamente f√°cil de medir dado con los modernos equipos astron√≥mico de hoy. Desafortunadamente, cuando uno mide el corrimiento al rojo de una galaxia, ese valor contiene m√°s que s√≥lo el corrimiento al rojo cosmol√≥gico. De la misma manera que las estrellas y los planetas, las galaxias tienen leg√≠timos movimientos en respuesta a su ambiente gravitacional local: otras galaxias, grupos de galaxia, etc√©tera. Este movimiento es llamado velocidad peculiar en el lenguaje cosmol√≥gico y genera un corrimiento al rojo asociado (o corrimiento al azul!!) v√≠a el efecto Doppler. Para galaxias relativamente cercanas, la amplitud de este efecto puede f√°cilmente hacer parecer peque√Īo el corrimiento al rojo cosmol√≥gic. El ejemplo m√°s sorprendente de esto es el galaxia de Andromeda, dentro de nuestro propio Grupo Local. A pesar de estar a alrededor de 2 mill√≥n a√Īo luz de distancia, est√° en rumbo de colisi√≥n con la V√≠a L√°ctea y la luz de Andromeda est√° por consiguiente desplazada hacia el azul al final del espectro, en vez de al rojo. El resultado de esta complicaci√≥n es que, si queremos medir el par√°metro de Hubble, tenemos que mirar galaxias que est√°n lo suficientemente lejos para que el corrimiento al rojo cosmol√≥gica sea m√°s grande que los efectos de las velocidades peculiares. Esto fija un l√≠mite inferior de aproxim√°damente 30 millones a√Īo luz e incluso cuanto sobrepasamos esta marca, necesitamos tenemos un gran n√ļmero de objetos para asegurarse de que los efectos de las velocidades peculiares se cancelen.

La combinación de estas dos complicaciones explica (en parte) por qué han tomado algunas décadas medir la constante de Hubble converger en un valor aceptado por la mayoría. Con el conjunto de datos actuales, la naturaleza casi lineal de la relación de Hubble está muy clara, como muestran las cifras abajo (basadas en los datos de Riess (1996); provisto por Ned Wright).

Hubble diagram

Como se dijo previamente, La versi√≥n estandar de la TBB supone que el origen dominante de la densidad de energ√≠a en los √ļltimo miles de millones de a√Īos era la materia fr√≠a oscura. Introduciendo esta suposici√≥n en las ecuaciones controlando la expansi√≥n del universo, los cosm√≥logos esperaban ver que la expansi√≥n disminuyera la velocidad con el paso del tiempo. Sin embargo, en 1998, las mediciones de la relaci√≥n de Hubble con supernovas distantes parec√≠an indicar que lo contrario era lo verdadero. En vez de disminuir la velocidad, los √ļltimos mil millones de a√Īos han visto la expansi√≥n del universo acelerar aparentemente (Riess 1998; Mediciones nuevas: Wang 2003, Tonry 2003). En efecto, lo que se observ√≥ es que la luz de las supernovas era m√°s d√©bil de lo esperado a partir del c√°lculo de su distancia usando la ley de Hubble.

Dentro de la TBB estandar, hay varias posibilidades de explicar este tipo de observaci√≥n. La posibilidad m√°s simple es que la geometr√≠a del universo es abierta (curvatura negativa). En este tipo de universo, la densidad de la materia est√° debajo del valor cr√≠tico y la expansi√≥n continuar√° hasta que la densidad de energ√≠a efectiva del universo sea cero. La segunda posibilidad es que las supernovas distantes estaban artificialmente atenuadas cuando la luz pas√≥ de sus galaxias anfitrionas a observadores aqu√≠ en la Tierra. Este tipo de absorci√≥n por polvo interestelar es una problema muy com√ļn con las observaciones donde uno tiene que ver atrav√©s del disco de nuestra propia galaxia as√≠ que uno f√°cilmente pod√≠a imaginar que algo as√≠ estaba pasando. Esta absorci√≥n es generalmente dependiente de la longitud de onda, sin embargo, los dos equipos que investigaban las supernovas distantes no vieron ninguno de estos efectos. Por poner un ejemplo, uno pod√≠a postular queel "Polvo gris" atenua objetos equitativamente en todas longitudes de onda. La posibilidad final es que el universo contiene alg√ļn tipo de energ√≠a oscura (ver las secciones 1c y 2n). Esto acelerar√≠a la expansi√≥n, pero pod√≠a mantener plana la geometr√≠a.

En corrimientos al rojo debajo de la unidad (z < 1), estas posibilidades son todas muy poco indistinguibles, teniendo en cuenta la precisi√≥n disponible en las mediciones. Sin embargo, para un universo con materia oscura y energ√≠a oscura mezcladas, hay un punto de transici√≥n de la dominaci√≥n de lo primero sobre lo √ļltimo (exactamente de la misma manera que la transici√≥n entre la radiaci√≥n dominante y la materia dominante de la expansi√≥n antes de la formaci√≥n de la RFMC). Antes de ese momento la materia oscura era la dominante as√≠ que la expansi√≥n deb√≠a haber estado reduciendo la velocidad, solo comenzando a acelerar cuando la densidad de la energ√≠a oscura superaba la de la materia. Esta as√≠ llamada sacudida c√≥smica insin√ļa que las supernovas antes de este punto deben ser perceptiblemente m√°s brillantes de lo que uno esperar√≠a de un universo abierto (la desaceleraci√≥n continua) o un universo con polvo gris (disminuci√≥n constante). Las nuevas mediciones en corrimiento al rojos bien por encima de la unidad han mostrado que esta "sacudida" es efectivamente lo que vemos - - hace aproximadamente 8 mil millones a√Īos nuestro universo se desplaz√≥ lentamente desde una reducci√≥n de la velocidad a una expansi√≥n acelerada, exactamente como predijeron los modelos de energ√≠a obscura (Riess 2004).

C) Abundancia de elementos ligeros

Como mencionamos antes TBB estandar no incluye el origen de nuestro universo. Bastante, simplemente hace un recuento del universo hasta el punto cuando estaba sumamente caliente y denso. Exactamente cuán caliente y denso podría estarlo y todavía ser razonablemente descrito por la TGR es una área de investigación activa pero podemos irnos a temperaturas y a densidades bien por encima de lo que uno encontraría en el centro del sol.

En este l√≠mite, tenemos temperaturas y densidades lo suficientemente altas que los protones y neutrones exist√≠an como part√≠culas libres, no contenidas en los n√ļcleos at√≥micos. Esta fue la era de la nucles√≠ntesis primigenia, durando la mayor√≠a de los primeros tres minutos de la existencia de nuestro universo (de all√≠ el t√≠tulo del libro famoso de Weinberg "Los primeros tres minutos"). Una descripci√≥n detallada de la nucleos√≠ntesis del Big Bang (BBN) puede encontrarse en el sitio web de Ned Wright, incluyendo las reacciones nucleares relevantes, dibujos y referencias. Para nuestros prop√≥sitos una introducci√≥n breve bastar√°.

Como en el n√ļcleo de nuestro sol, los protones y los neutrones libres en el universo temprano pasaron por la fusi√≥n nuclear, produciendo n√ļcleos de helio principalmente (He3 y He4), con un remanente de deuterio (una forma de hidr√≥geno con un n√ļcleo neutr√≥n-prot√≥n), litio y berilio. A diferencia de aquellos en el sol, las reacciones duraron solamente un breve momento gracias al hecho de que la temperatura y densidad del universo estaban bajando r√°pidamente cuando se dilat√≥. Esto quiere decir que los n√ļcleos m√°s pesados no ten√≠an una oportunidad de formarse durante este momento. En vez de eso, esos n√ļcleos se formaron despu√©s en estrellas. Los elementos con los n√ļmeros at√≥micos hasta el hierro son moldeados por la fusi√≥n en n√ļcleos estelares, mientras que los elementos m√°s pesados son producidos en supernovas. Informaci√≥n adicional sobre nucleos√≠ntesis estelar se puede encontrar en p√°ginas de la Wikipedia y en la secci√≥n 2g m√°s abajo.

Armado con TBB estandar (m√°s f√°cil esta vez debido a que sabemos que la expansi√≥n fue dominada por la radiaci√≥n en ese momento) y un poco de f√≠sica nuclear, los cosm√≥logos pueden hacer pron√≥sticos muy precisos sobre la respectiva abundancia de los elementos ligeros a partir de la BBN. Como con el diagrama de Hubble que combina, sin embargo, hacer cuadrar las predicciones con las observaciones es m√°s f√°cil de decir que hacer. La abundancia de elementos se puede medir de diferentes maneras, pero el m√©todo m√°s com√ļn es mirando la fuerza relativa de las caracter√≠sticas espectrales en estrellas y galaxias. En cuanto la abundancia es medida, sin embargo, tenemos un problema similar al de la secci√≥n previa acerca de a las velocidades peculiares: ¬Ņcu√°nto de los elementos se produjeron durante la BBN y cu√°nto se produjo despu√©s durante nucleos√≠ntesis estelar de elementos?

Para resolver este problema, los cosmólogos usan dos enfoques:

  • Deuterio: de los elementos producidos durante la BBN, el deuterio tiene por lejos la energ√≠a obligatoria m√°s baja . Por consiguiente, el deuterio que es producido en estrellas se consume muy r√°pidamente en otras reacciones y cualquier deuterio que observamos en el universo es muy posiblemente el primigenio. La desventaja de este enfoque es que el deuterio primigenio tambi√©n puede ser destruido en las capas exteriores de las estrellas, d√°ndonos una subestimaci√≥n de la abundancia total, pero hay otros m√©todos (como observar la regi√≥n alfa de Lyman en los qu√°sares distantes) que evitan estos problemas.
  • Mirada profunda: uno puede tratar de mirar las estrellas y las nubes de gas que est√°n muy lejos. Gracias a la velocidad finita de la luz, cuanto m√°s grande es la distancia entre el objeto y los observadores aqu√≠ sobre la Tierra, m√°s antigua es la imagen. Por lo tanto, mirando las estrellas y las nubes de gas muy lejanas, uno puede observarlos cuando la abundancia de elementos pesados era mucho m√°s baja. Yendo lo suficientemente hacia atr√°s, uno llegar√≠a a una √©poca donde ninguna estrella previa habr√≠a tenido oportunidad de formarse, y por lo tanto, la abundancia de elementos estaba en su nivel primigenio. Por el momento, no podemos mirar hacia atr√°s tan lejos. Estos objetos tendr√≠an corrimiento al rojos muy altos, tomando la luz en el infrarrojo donde las observaciones que se hacen en la Tierra son muy dif√≠ciles debido a los efectos de la atmosfera. De la misma manera, al estar muy lejos las hace sumamente d√©biles, a√Īadiendo a nuestros problemas. Ambos de estos problemas deber√≠an solucionarse enormemente cuando el telescopio espacial James Webb entre en servicio. Lo que podemos hacer ahora ser observar estrellas m√°s viejas, medir la abundancia de sus elementos, y tratar de hacer una extrapolaci√≥n de atr√°s para adelante.

De la misma manera que la mayoría de las predicciones de la TBB, la abundancia de elementos primigenios depende de algunos parámetros. Los que importan en este caso son el parámetro de Hubble (la velocidad de expansión determina cuán rápidamente el universo va de caliente y denso para producir la nucleosíntesis a suficientemente frío y tenue para detenerla) y la densidad bariónica (para que la nucleosíntesis ocurra, los bariones tienen que chocar y la densidad de ellos nos dice cuán a menudo ocurre eso). La dependencia sobre ambos parámetros generalmente es expresada como una dependencia simple en el parámetro conjunto OmegaB h2 (como se ve en el dibujo abajo, suministrado por Ned Wright).

Abundance of light elements

Como esta cifra implica, hay dos pliegues de comprobación para la teoría. Antes que nada, las mediciones de varias de las abundancia de los elementos deben producir un valor consistente de OmegaB h2 (la intersección de las bandas horizontales y las líneas varias). En segunda, mediciones independientes de OmegaB h2 de las otras observaciones (como los resultados del WMAP en la sección 2e) deben producir un valor que es compatible con la composición de la abundancia primigenia (la banda vertical). Ambos enfoques fueron usados en el pasado; antes de los resultados precisos del WMAP para la densidad bariónica, el primero se usó más frecuentemente. Para una descripción detallada de lo que se sabía en 1997, mirar nucleosíntesis de la gran explosión ingresa en la era de la precisión.

Una de las principales pruebas de la teor√≠a del Big Bang las observaciones que muestran que, cuando uno ve objetos m√°s y m√°s viejos, la abundancia de la mayor√≠a de los elementos pesados se hace m√°s y m√°s peque√Īa, tendiendo al cero. Por contraste, la abundancia de helio se va a un valor con l√≠mite casi cero. Las mediciones muestran consistentemente que la abundancia de helio, incluso en objetos muy viejos, todav√≠a est√° alrededor del 25 % del monto total de materia "normal". Y eso corresponde al valor que la TBB pronostica para la producci√≥n de Helio durante la nucleos√≠ntesis primigenia. Para m√°s detalles, vea Olive 1995 o Izotov 1997. Tambi√©n mirar la gr√°fica de m√°s abajo, comparando la predicci√≥n de la TBB con la del modelo del universo estacionario (datos tomados de Turck Chieze 2004, gr√°fica provista por Ned Wright).

Abundance of helium vs. oxygen

Cálculos recientes tanto así como referencias a observaciones recientes pueden encontrarse en Mathews (2005). En estudios más antiguos, había algunos problemas con galaxias que tenían abundancia de helio aparentemente muy bajo (específicamente I Zw 18); este problema fue tratado y ha sido resuelto desde entonces (cf.. Luridiana 2003).

D) Existencia de la radiación de fondo de microondas cósmica (RFMC)

Aunque los n√ļcleos at√≥micos fueron creados durante la BBN, los √°tomos como los pensamos normalmente todav√≠a no exist√≠an. Antes de eso, el universo estaba lleno de un plasma caliente hecho de n√ļcleos libres muy densos y electrones. En un ambiente as√≠, la luz no puede viajar libremente; los fotones se est√°n dispersando constantemente de las part√≠culas cargadas. De igual manera, cualquier n√ļcleo que se liga a un electr√≥n a un electr√≥n tropezar√≠a con un fot√≥n lo suficientemente cargado que romper√≠a el enlace r√°pidamente.

Como con la era de BBN, sin embargo, el universo no se quedar√≠a caluroso y denso lo suficiente para mantener este estado. Al final (despu√©s de aproximadamente 400,000 a√Īos), el universo se enfri√≥ hasta el punto en que los electrones y n√ļcleos pod√≠an formar √°tomos (un proceso que es descrito con el confuso t√©rmino "Recombinaci√≥n"). Debido a que los √°tomos son electricamente neutros solo interact√ļan con fotones con cierta energ√≠as solamente, la mayor√≠a de los fotones repentinamente fueron capaces de recorrer distancias mucho m√°s grandes sin interactuar con ninguna materia (generalmente esta parte del proceso es descrita con el t√©rmino "descomposici√≥n"). El universo se hizo transparente y los fotones a partir de ese momento han estado movi√©ndose libremente en todo el universo. Y, debido a que el universo se ha dilatado much√≠simo, las longitudes de onda de estos fotones han sido distorsionadas much√≠simo (por sobre un factor de 1000).

De este escenario básico, podemos hacer dos predicciones muy poderosas para esta radiación residual:

  • Debe ser muy uniforme. Una de las suposiciones b√°sicas de la TBB es que el universo es homog√©neo y, teniendo en cuenta el tiempo entre el principio del universo y descomposici√≥n, cualquier inhomogeneidad (tal como los esperados de la inflaci√≥n) no habr√≠an tenido mucho tiempo de crecer.
  • Debe tener un espectro de cuerpo negro. Cuando dijimos antes, antes de la descomposici√≥n el universo estaba lleno de plasma y fotones que se estaban dispersando constantemente fuera de toda la materia ionizada. Esto hace al universo un receptor perfecto; ning√ļn foton pod√≠a dejar el universo as√≠ que pondr√≠an a todo el universo (o por lo menos la parte que estaba causalmente conectada) en el equilibrio t√©rmico. Como tal, podemos describir el universo como teniendo una temperarua √ļnica. En termodin√°mica cl√°sica, los fotones emitidos por un cuerpo negro en una temperatura dada tiene una distribuci√≥n muy espec√≠fica de energ√≠as y, como Tolman mostr√≥ en 1934, un espectro de cuerpo negro se quedar√° como un espectro de cuerpo negro (aunque a una temperatura m√°s baja) cuando se desplaza al rojo.

La existencia de esta radiación de fondo fue sugerida por Gamow primero al mismo tiempo que Alpher y Herman en 1948. Sus predicciones iniciales correctamente decían que la temperatura de la radiación, que habría sido de luz visible durante la descomposición, de desplazaría a la región de microondas del espectro electromagnético en este momento. Eso, combinado con el hecho de que la fuente de la radiación lo puso "por detrás" de las fuentes de liz normales como las estrellas y las galaxias, dio su nombre a esta radiación: la radiación de fondo de microondas cósmica (RFMC o simplemente RF).

[N. del T: la parte siguiente del artículo no ha sido revisada en su traducción]

Mientras a grandes rasgos estaban en lo correcto, los Gamow, Alpher y Herman cálculos aproximados para la temperatura exacta no eran tan precisos. El rango inicial estaba entre 1 K (grado Kelvin) y 5 K, usando modelos algo diferentes para el universo (Alpher 1949), y en un libro posterior Gamow estiró esta aproximación a 50 K. Los mejores cálculos aproximados hoy en día ponen la temperatura en 2,725 K (Mather 1999). Mientras esto puede parecer una discrepancia grande, es importante tener en cuenta que el pronóstico depende de varios parámetros cosmológicos (el más notablemente es la constante de Hubble) que no eran conocidos con exactitud en ese momento. Volveremos a este punto más adelante, pero tomemos un momento para hablar de las mediciones que resultaron en el valor actual (la página de Ned Wright sobre RFMC también es digna de leer para más detalles sobre la historia temprana de las mediciones de RFMC).

El primer intento intencional de medir la RFMC fue hecho por Dicke y Wilkinson en 1965 con un instrumento montado sobre el techo del departamento de física de Princeton. Mientras todavía estaban formulando su experimento, fueron sacados por dos ingenieros de Bell Labs que trabajaban en la transmisión de microonda como una herramienta de comunicaciones sin querer. Penzias y Wilson habían desarrollado un receptor de microondas pero ser unable eliminar un ruido de fondo persistente que seem afectar el auricular no importa dónde lo apuntaron en el cielo, de día o de noche. Al se contactar con Dicke para el consejo sobre el problema, se daban cuenta de qué habían observado y recibieron el premio Nobel al final para física en 1978. Más detalle sobre el descubrimiento está disponible aquí.

Desde entonces, las mediciones de la temperatura y distribución de energía dla RFMC han mejorado dramáticamente. Medir la RFMC del suelo es difícil porque microwave radiation es absorbido por vapor de agua enérgicamente en la átmosfera. Para evitar este problema, los cosmólogos han usado globos a gran altitud cohetes balísticos y satélite - los experimentos nacidos. El experimento más famoso que se concentraba en la temperatura dla RFMC era el satélite de COBE (El Explorer de fondo cósmico). Giró alrededor de la tierra, tomando los datos de 1989 a 1993.

COBE era en realidad algunos experimentos en uno. El instrumento de DMR midi√≥ los anisotropies en la temperatura de RFMC al otro lado del cielo (¬Ņusted ve? m√°s abajo) Mientras el experimento de FIRAS midi√≥ la temperatura total dla RFMC y su distribuci√≥n de energ√≠a espectral. Como dijimos antes, el pron√≥stico de TBB es que la RFMC debe ser un blackbody perfecto. FIRAS encontr√≥ eso al que esto era verdadero un grado raro. La trama abajo (prove√≠do por Ned Wright) indica el espectro de RFMC y el mejor blackbody apto. Como uno puede ver, las barras de error, que son muy peque√Īas, son en realidad 400 desviaciones t√≠picas. A decir verdad, la RFMC est√° tan cerca de un blackbody como algo que podemos crear aqu√≠ sobre Tierra.

Spectrum of the CMBR

En muchos or√≠genes de cosmolog√≠a alternativos, uno tropezar√° con la afirmaci√≥n de que la RFMC no era un pron√≥stico genuino de TBB, but bastante un "Retrodiction" desde los valores para la temperatura de RFMC que Gamow pronostic√≥ antes de que la medici√≥n fuera diferente/s del valor mesurado eventual significativamente. Por lo tanto,, el argumento se va, el" valor de "Derecha" pod√≠a ser obtenido ajustando que los par√°metros de la teor√≠a se ajusten al observar solamente. Este extra√Īa dos puntos cruciales:

  • La existencia, no la temperatura, es la clave. En la falta de TBB, no habr√° raz√≥n de esperar un uniforme, largo - la radiaci√≥n de fondo de longitud de onda en el universo. Es cierto, astr√≥nomos como Eddington predijeron que ver√≠amos la radiaci√≥n de polvo interestelar (la luz de las estrelllas absorta, el re que - irradi√≥ como la emisi√≥n t√©rmica) o el fondo protagoniza. Sin embargo, esos modelos No resulte en el tipo de la uniformidad que see en la RFMC, ni ellos producir Un espectro de blackbody (Estrellas, en particular, tener fuerte L√≠neas espectrales Que estar perceptiblemente ausente en el espectro de RFMC). Los pron√≥sticos similares pueden ser hecho para la radiaci√≥n de fondo en otras partes del espectro electromagn√©tico (x - el fondo de rayo de supernovas distantes y qu√°sares, por ejemplo) y la distribuci√≥n de esos fondos no es ni cerca tan uniforme como vemos con la RFMC.
  • Esto es c√≥mo la ciencia funciona. Ninguna teor√≠a f√≠sica existe independiente de los par√°metros libres que son determinado de la observaci√≥n siguiente. Esto es cierto de la gravedad de Newtonian y gramos (la constante de Newton), es verdadero de mec√°nica cu√°ntica y electrodin√°mica de cuanto (la constante de Planck, el precio de electr√≥n) y es verdadero de cosmolog√≠a. Cuando mentionedabove, La prueba de una teor√≠a no lo es que conoce un pron√≥stico. En vez, la prueba verdadera si el modelo puede ajustarse a los otros comentarios en cuanto ha sido calibrado contra uno data set ser.

Una prueba final de los orígenes de cosmológica dla RFMC viene de mirar galaxias distantes. Debido a que la luz de estas galaxias fue emitida en el pasado, esperaríamos que la temperatura dla RFMC fuera en consecuencia más alta en ese momento. Revisando la distribución de la luz de estas galaxias, podemos conseguir una medición cruda de la temperatura dla RFMC cuando la luz que estamos observando ahora fue emitida (por ejemplo Srianand 2000). El estado en curso de esta medición es mostrado en la trama abajo (proveído por Ned Wright). La precisión de esta medición no es obviamente casi tan gran como vimos con los datos de COBE, pero están de acuerdo con los pronósticos de TBB básicos para la evolución de la temperatura de RFMC con corrimiento al rojo (y no estar de acuerdo con el lo que uno would esperar para uno RFMC generado significativamente de la luz de las estrelllas corrimiento al rojoed o el semejante).

Changing temperature of the CMBR

E) fluctuaciones en la RFMC

Como se menciona en el punto previo, la temperatura dla RFMC es sumamente uniforme; las diferencias en la temperatura en ubicaciones diferentes sobre el cielo son debajo de 0.001 K.. Debido a que tema y radiaci√≥n fueron juntados fuerte durante las etapas m√°s tempranas del universo, esto insin√ļa que la distribuci√≥n del tema era tambi√©n inicialmente uniforme. Mientras esto se ajusta a nuestra suposici√≥n de cosmol√≥gica b√°sica, resulta en la pregunta de c√≥mo nos fuimos de ese universo muy uniforme a la distribuci√≥n decididamente clumpy del tema que vemos sobre balanzas peque√Īas hoy. ¬ŅEn otras palabras, c√≥mo pod√≠an haberse formado de un gas esencialmente homog√©neo planetas, estrellas, galaxias, grupos de galaxia, etc√©tera?

In estudiar esta pregunta, cosmólogos terminarían desarrollar uno de los pronósticos más fuertes y espectacularmente prósperos de TBB. Antes de describir el equipo de teoría de cosas, sin embargo, tomaremos un desvío breve en la historia de medir fluctuaciones ("Anisotropies" en términos de cosmológica) en la RFMC.

El primer intento de medir las fluctuaciones en la RFMC fue hecho como part of el COBE (El Explorer de fondo c√≥smico) la misi√≥n. Como part of su misi√≥n cuatro a√Īos durante el a comienzos de 1990s, us√≥ un instrumento called el DMR para buscar las fluctuaciones en la RFMC al otro lado del cielo. Sobre la base de the then - modelos de TBB en curso, las fluctuaciones observadas por el DMR eran mucho m√°s peque√Īo de lo esperado. Debido a que el instrumento hab√≠a sido dise√Īado con los amplitudes de fluctuaci√≥n esperadas en mente, las observaciones terminaron estar justo encima del umbral de sensibilidad del instrumento. Esto result√≥ en la especulaci√≥n de que la "Se√Īal" era simplemente el ruido estad√≠stica, pero era enough generar varios intentos siguientes buscar la se√Īal.

Con las observaciones de sat√©lite todav√≠a cerca, los datos durante the following d√©cada fueron coleccionado usando - experimentos resistidos de globo principalmente (ver la lista En el(la/los/las) de administraci√≥n espacial norteamericana Centro de datos de RFMCPara una historia minuciosa). Estos experimentos a gran altitud pod√≠an get encima de la mayor√≠a vasta del vapor de agua en la √°tmosfera para una mirada m√°s clara en el cielo de RFMC at the expense of una relativamente peque√Īo amount of vez observing. Esto limit√≥ la cantidad de la cobertura de cielo que estas misiones pod√≠an conseguir, pero pod√≠an demostrar que la se√Īal vista por COBE era leg√≠tima concluyentemente y (en menor grado) que las fluctuaciones se ajustaban a los pron√≥sticos de TBB.

En 2001, la investigación de mapa (Investigación de Anisotropy de microondas) ser iniciado, después respecto a - nombrado para WMAP en el honor deWilkinsonQuién haber sido part of el equipo original que buscaba la RFMC back in the 1960s. A diferencia de COBE, WMAP fue enfocado completamente sobre la cuestión de medir las fluctuaciones de RFMC. Se basar en la experiencia y los avances tecnológicos se desarrolló para las misiones de globo, tenía mucho mejor que COBE resolución angular (vea la imagen abajo del equipo de Science de la administración espacial norteamericana / WMAP). También evitó uno de los problemas que habían atormentado la delegación de COBE: la emisión de gas térmica fuerte de la tierra. En lugar de girar alrededor de la tierra, el satélite de WMAP suponía que un viaje de tres meses lo hacer/siera L2, El segundo punto de Lagrangian en la tierra - el sistema de Sun. Este meta - idea estable es más allá de la tierra la ruta de circunvalación estar alrededor del sol, roughly uno décimo tan lejos como la tierra es del Sun. Ha estado ahí, tomando los datos, desde entonces.

Comparsion of the sky maps taken by COBE and WMAP

En la primavera de 2003, los resultados del primer a√Īo de la observaci√≥n eran - lanzados al mercado y eran asombrosos en su precisi√≥n. Como un ejemplo, por d√©cadas la edad del universo no hab√≠a sido sabida hacerlo/serlo mejor que aproximadamente dos mil millones a√Īos. Combinando los datos de WMAP con las otras mediciones disponibles, repentinamente sab√≠amos la edad del universo a menos de 0.2 mil millones a√Īos. General, los par√°metros que hab√≠an sido sabidos a menos de 20 - 30 % vieron sus errores shrink a less than 10 por ciento o mejor. Para una descripci√≥n m√°s llena de c√≥mo afectaron nuestro conocimiento de TBB los datos de WMAP, vea los resultados de misi√≥n del sitio web de WMAP. Esa p√°gina es dirigida a un profano audiencia; m√°s t√©cnico del que el detalle puede ser encontrado en su lista su Trabajos de primer a√Īo.

As√≠ que, ¬Ņc√≥mo sucedi√≥ este salto asombroso en la precisi√≥n? La respuesta est√° tendida en el conocimiento un poco sobre qu√© ocurri√≥ entre el tiempo cuando el tema y la radiaci√≥n ten√≠an densidad de energ√≠a iguales y el tiempo de decouple. Una descripci√≥n m√°s llena de esto puede ser encontrado en las p√°ginas de Anisotropy de CMB de Wayne Hu Y el(la/los/las) de Ned Wright P√°ginas. Despu√©s del tema - la igualdad de radiaci√≥n material oscuro era eficazmente decoupled de la radiaci√≥n (el tema normal se quedaba juntado desde que todav√≠a era un plasma ionizado). Esto quiso causar cualquier inhomogeneities (surgir de las fluctuaciones de cuanto esencialmente) a eso en la materia obscura que la distribuci√≥n r√°pidamente empezar√≠a para desplomarse y formar la base para el desarrollo posterior de la estructura a gran escala (las semillas de estos inhomogeneities fueron colocadas durante la inflaci√≥n, pero haremos caso omiso de eso para la discusi√≥n en curso). La balanza f√≠sica m√°s grande por √©stos inhomogeneities en cualquier momento era the then - tama√Īo en curso del universo observable (debido a que el efecto de la gravedad tambi√©n se desplaza en la velocidad de la luz). Estos grupos de tema oscuros poner Pozos potenciales gravitacionales Eso dibuj√≥ materia m√°s oscura tanto como el mezcla de baryon de - de radiaci√≥n.

A diferencia dla materia obscura, la radiación - el fluido de baryon tenía una presión asociada. En lugar de se reducir a la parte inferior del potencial gravitacional bien, oscilaría, se comprimiendo hasta que la presión superó el tirón gravitacional y luego se dilatando hasta que el contrario era verdad. Este puso lugares calurosos donde la compresión era más grandes lugares fríos donde el fluido se había hecho su más enrarecido. Cuando los baryons y la radiación decoupled, este dibujo fue congelado sobre los fotones de RFMC, resultando en los sitios calurosos y fríos que observamos hoy.

Obviamente, el dibujo exacto de estas diferencias de temperatura no nos indica algo en particular. However, si recordamos que el tama√Īo m√°s grande por los espacios calurosos corresponde al tama√Īo del universo visible en cualquier momento, eso nos dice eso, si podemos find el tama√Īo angular de estas diferencias sobre el cielo del que, entonces/luego ese √°ngulo m√°s grande corresponder√° al tama√Īo del universo visible en la √©poca decouple. Para hacer esto, medimos qu√© ser conocido como el espectro a motor anguloso dla RFMC. En pocas palabras, encontramos todos los puntos sobre el cielo que est√°n separado por una balanza angulosa en particular. Para all of those pares, encontramos la diferencia de temperatura y el promedio sobre todos de los pares. Si nuestra fotograf√≠a b√°sica es correcta, entonces/luego debemos ver un realce del espectro a motor en la balanza angulosa de la compresi√≥n m√°s grande, another one en el tama√Īo del a mayor escala que ha sufrido la compresi√≥n y est√° en rarefaction de m√°ximo (el espectro a motor es solamente consciente del cuadrado de la diferencia de temperatura tan caliente los lugares y lugares fr√≠os son equivalentes), etc√©tera. Esto resulta en una serie de lo que es conocido como los "M√°ximos apogeos ac√ļsticos", el puesto exacto y forma de que decir a nosotros sobre no s√≥lo el tama√Īo del universo en decouple, sino tambi√©n la geometr√≠a del universo much√≠simo (ya que estamos mirando la distancia angulosa; ver 1b) Y los otros par√°metros de cosmol√≥gica.

La cifra abajo del equipo de Science de la administraci√≥n espacial norteamericana / WMAP muestra los resultados de la medici√≥n de WMAP del espectro a motor anguloso usar el primer a√Īo de los datos de WMAP. Adem√°s de la balanza angulosa tramado sobre el eje de - de x superior, las tramas del espectro a motor anguloso son mostradas como una funci√≥n de "L" en general. Esto es el n√ļmero de multipole y es convertido en un √°ngulo dividiendo 180 grados por los litros aproximadamente. Para m√°s detalle sobre esto, usted puede hacer una b√ļsqueda de Google sobre "Expansi√≥n de multipole" o verificar esta p√°gina. Las p√°ginas de ciencia de WMAP tambi√©n proveen una introducci√≥n para esta manera de mirar los datos.

Angular power spectrum

Como con la medici√≥n de temperatura de COBE, el acuerdo entre la forma pronosticada del espectro de potencia de RFMC y las observaciones verdaderas es sorprendente. El - de globo tenido que experimentos (particularmente bumer√°n, m√°ximos, y DASI) estaban capaz proveer convenciendo WMAP hace detections de los primeros m√°ximos apogeos ac√ļsticos segundos, pero ninguno de esos experimentos pod√≠an correlacionar una √°rea grande lo suficientemente del cielo combinar con los datos de DMR de COBE. WMAP llen√≥ esa brecha y provey√≥ la medici√≥n mucho m√°s apretada de los puestos de los primeros m√°ximos apogeos segundos. √Čsta era una confirmaci√≥n muy importante de no solamente la versi√≥n de CDM de Lambda de TBB, pero tambi√©n la imagen b√°sica de c√≥mo el cosmos pasar de una - de radiaci√≥n temprano dominado, - de plasma llen√≥ universo al tema - universo dominado donde la mayor parte de la estructura a gran escala que vemos hoy empez√≥ a formarse.

F) Estructura del universo a gran escala

Los sitios calurosos y fríos que vemos sobre la RFMC hoy eran las regiones altas y de baja densidad a la época en que la radiación que observábamos hoy fue emitida primero. En cuanto el tema tomó el mando como la fuente dominante de la densidad de energía, estas perturbaciones eran free crecer acumulando otra materia de sus entorno. Inicialmente, el tema se desplomando acabaría de ser material oscuro desde que los baryons todavía eran relacionado a la radiación. Después de la formación dla RFMC y decouple, sin embargo, los baryons también cayó en los pozos gravitacionales puestos por la materia obscura y empezó a moldear estrellas, galaxias, grupos de galaxia, etcétera. Los cosmólogos refer to esta distribución del tema como la "Estructura a gran escala" del universo.

Como una regla general, hacer los pron√≥sticos para las propiedades estad√≠sticas de la estructura a gran escala puede ser muy estimulante. Para la RFMC, las desviaciones de la temperatura de media son muy peque√Īas teor√≠a de perturbaci√≥n lineal es una muy buena aproximaci√≥n. En comparaci√≥n, la densidad del tema en nuestra galaxia comparado con la densidad de media del universo es enorme. Por consiguiente, hay dos opciones b√°sicas: haga las mediciones sobre muy balanzas f√≠sicas grandes donde las diferencias en la densidad son t√≠picamente mucho m√°s peque√Īas o compare las mediciones con las simulaciones del universo donde los efectos lineales non - de la gravedad pueden ser hecho un modelo. Ambos de estas opciones requieren la inversi√≥n importante en tanta teor√≠a como equipo f√≠sico, pero los √ļltimos varios a√Īos han causado algunas confirmaciones excelentes de la fotograf√≠a b√°sica.

Como mencionamos en la √ļltima secci√≥n, el proceso que result√≥ en la generaci√≥n de los m√°ximos apogeos ac√ļsticos en el espectro de potencia de RFMC fue impulsado por la presencia de un apareamiento ajustado entre fotones y baryons s√≥lo antes de decouple. Este fluido caer√≠a en los pozos potenciales gravitacionales puestos por la materia obscura (que no interactuar con fotones) hasta que la presi√≥n en el fluido contrarrestar√≠a el tir√≥n gravitacional y el fluido se dilatar√≠a. Esto result√≥ en lugares calurosos y lugares fr√≠os en la RFMC, pero tambi√©n result√≥ en donde la densidad del tema era un poco m√°s alta places gracias a los baryons adicionales ser arrastrado hacia adelante por los fotones y las √°reas donde la contrario era verdadero. Como con la RFMC, el tama√Īo de estas √°reas fue determinado por el tama√Īo del universo observable at the time de decouple, por eso ciertas balanzas f√≠sicas ser√≠an aumentadas si usted mirara el espectro a motor anguloso de los baryons. Por supuesto, en cuanto el universo se fue a trav√©s de decouple, los baryons cay√≥ en los pozos gravitacionales con la materia obscura, pero esas balanzas persistir√≠an cuando los "Meneos" sobre el tema en conjunto suministran energ√≠a al espectro.

Por supuesto, cuando el tama√Īo del universo creci√≥, la balanza f√≠sica de esos meneos aument√≥, llegando a aproximadamente 500 mill√≥n a√Īo luzs al final hoy. Hacer una medici√≥n estad√≠stica de objetos separado por esos tipos de las distancias requiere encuestar un volumen muy grande del espacio. En 2005, dos equipos de cosm√≥logos Inform√≥ sobre las mediciones independientes de la caracter√≠stica de baryon esperada. Como con el poder de RFMC el espectro, tan confirmado que los cosm√≥logos de modelo han desarrollado para el crecimiento inicial de la estructura a gran escala era un buen f√≥sforo al lo que ve√≠amos en el cielo.

El segundo m√©todo para comprender la estructura a gran escala es v√≠a las simulaciones de cosmol√≥gica. La idea b√°sica detr√°s de todas simulaciones es esta: ¬Ņsi fu√©ramos un cuerpo grande y pod√≠amos sentir la atracci√≥n gravitacional de todos the other cuerpos grandes en el universo y la geometr√≠a en conjunto del universo, ad√≥nde nos ir√≠amos despu√©s? Las simulaciones responden a esta pregunta quantizing tanto tema como el tiempo. Una t√≠pica simulaci√≥n tomar√° n part√≠culas (where Nis un n√ļmero grande; por lo tanto el N de t√©rmino - la simulaci√≥n de cuerpo) y dest√≠nelos a uno tres - la cuadr√≠cula dimensional. Esos puestos iniciales son entonces/luego perturbed imitar las fluctuaciones iniciales en la densidad de energ√≠a de la inflaci√≥n ligeramente. Dado los puestos de todas estas part√≠culas y habiendo elegido una configuraci√≥n por nuestro universo fingido, podemos calcular d√≥nde deben irse en el pr√≥ximo bit peque√Īo del tiempo todas estas part√≠culas ahora. Cambiamos de lugar todas las part√≠culas en consecuencia y luego lo recalculamos y hacemos otra vez.

Obviamente, esta t√©cnica tiene l√≠mites. Si atribuimos un mont√≥n en particular a todas nuestras part√≠culas, entonces/luego las mediciones de la masa debajo de cierto l√≠mite ser√°n en√©rgicamente quantizeds (y por lo tanto inexacto). Igual, el alcance de balanzas de longitud es limitado: de arriba por el volumen del trozo del universo que hemos decidido simular y abajo por el resolver escalar de nuestras part√≠culas masivas. Tambi√©n hay el problema que, sobre balanzas peque√Īas por lo menos, la f√≠sica que condiciona donde baryons se ir√° involucra m√°s de lo que s√≥lo la gravedad; la din√°mica de gas y los efectos de la formaci√≥n de estrella son simulando baryons (y por lo tanto, la parte del universo que podemos en realidad ver el!) Estimulante. Definitivamente, no esperamos la distribuci√≥n exacta de la masa en la simulaci√≥n para decirnos ninguna cosa en particular; solamente queremos comparar las propiedades estad√≠sticas de la distribuci√≥n con nuestro universo. Este art√≠culo Habla de estos m√©todos estad√≠sticos en el detalle adem√°s de proveer las referencias a los datos de observaci√≥n relevantes.

Todav√≠a, teniendo en cuenta todos estos defectos, los esfuerzos de simular el universo han mejorado tremendamente sobre las √ļltimas d√©cadas, tanto de un equipo f√≠sico y un punto de vista de software. Blanco (1997) Examina los fundamentos de la estructura fingida que la formaci√≥n tanto como el de observaci√≥n eval√ļa que uno puede usar para comparar las simulaciones con los datos leg√≠timos. Muestra los resultados para cuatro sabores diferentes de modelos - - incluyendo tanto the then "Materia oscura fr√≠a" universo de nivel de - como un universo con una constante de cosmol√≥gica. Este estaba poniendo la mentira a la afirmaci√≥n de que, antes de los datos de supernovas, la posibilidad de que la constante de cosmol√≥gica era el cero non - fue hecha caso omiso de en la literatura de cosmol√≥gica antes de que los resultados de supernovas fueran dados a conocer. Un universo de CDM era el favorito at the time, pero cosm√≥logos eran bien conscientes del hecho de que los datos no eran eliminar algunos modelos variantes lo suficientemente poderoso.

El Columbi (1996) El papel es también un buen ejemplo de este conocimiento. En este artículo modelos varios que contenían las cantidades diferentes de materia oscura caliente y fría eran simulados, tan bien como los intentos para incluir "Calientan" materia oscura (i.e. materia oscura que no es muy relativista, pero todavía en movimiento tener presión importante lo suficientemente rápido). Su Figure 7 provee una comparación visual bonita entre distribuciones de galaxia observadas y los resultados de los universos sintéticos varios.

En 2005, el Virgo consorcioLiber√≥ el "Simulaci√≥n de milenio"; los detalles pueden ser encontrados sobre ambos el Virgo p√°gina de inicio y Esto pageEn el Max Planck instituto para astrof√≠sica. Usando el modelo de concordancias (librado de corresponder a los resultados de los estudios de supernovas, las observaciones de WMAP, etc√©tera), estas simulaciones pueden reproducir los distribuciones de galaxia a gran escala observado muy bien. Sobre balanzas peque√Īas, todav√≠a hay un poco de desacuerdo, sin embargo (vea abajo para una discusi√≥n m√°s detallada).

G) La edad de las estrellas

Debido a que las estrellas son una parte del universo, naturalmente sigue que, si TBB y nuestras teor√≠as de la formaci√≥n sobresaliente y la evoluci√≥n son m√°s o menos correctas, entonces/luego no debemos esperar ver a estrellas m√°s viejas que el universo (3d de comparaci√≥n!). M√°s precisamente, el Observaciones de WMAP Sugera que las primeras estrellas fueran "Nacidas" cuando el universo era solamente aproximadamente 200 mill√≥n a√Īos, as√≠ que debemos esperar ver a ningunas estrellas que son m√°s viejo que aproximadamente 13.5 mil millones a√Īos. Por otro lado modelos de evoluci√≥n sobresalientes nos dicen que el m√°s bajo - estrellas masivas (aquellos con una mole roughly 1/10 eso de nuestro Sun) es esperados "Vivir" durante decenas de billones de a√Īos as√≠ que hay una oportunidad para el desacuerdo importante.

Antes de ahondar en este asunto m√°s lejos, un poco de nomenclatura es necesaria. Los astr√≥nomos asignan la formaci√≥n sobresaliente en tres generaciones called "Poblaciones" en general. El distinguir caracter√≠stico aqu√≠ es la abundancia de elementos con la masa at√≥mica m√°s grande que el helio (√©stos son refer to como "Metales" en la literatura astron√≥mica y la abundancia de metales como el "Metallicity" de la estrella all). Cuando explicamos en 2c de secci√≥n, A una muy buena aproximaci√≥n nucleos√≠ntesis primigenia produjo solamente helio e hidr√≥geno. Todos los metales fueron producidos despu√©s en los n√ļcleos de estrellas. As√≠, las poblaciones de estrellas est√°n bruscamente separadas por su contenido de metal; la poblaci√≥n a quien tengo como protagonista (de la misma manera que nuestro sol) tiene un metallicity alto, mientras que las estrellas de Population II son mucho m√°s pobres en los metales. Debido a que el contenido de metal de nuestro universo aumenta con el tiempo (cuando las estrellas tienen m√°s y m√°s el tiempo de unir elementos m√°s ligeros en ones m√°s pesados), metallicity tambi√©n act√ļa como un indicador desigual por cuando una estrella en particular fue moldeada. Las creaci√≥n sobresalientes diferentes tambi√©n son resumido en este art√≠culo.

Aunque no puede ser inmediatamente obvio, la abundancia de metales durante la formaci√≥n de estrella tiene un impacto importante en la poblaci√≥n sobresaliente dar como resultado. El problema b√°sico de la formaci√≥n de estrella Es que la identidad - la gravedad de una nube en particular del gas interestelar tiene que superar la presi√≥n t√©rmica de la nube; nubes donde esto ocurre se derrumbar√°n al final para moldear estrellas mientras que √©sos donde no hace la voluntad se quedan nubes. Cuando una nube de gas se derrumba, la energ√≠a gravitacional es traspasada en la energ√≠a t√©rmica y la nube se calienta. Por turno, esto incrementa la presi√≥n y hace la nube less likely derrumbarse m√°s lejos. El truco, entonces/luego, es irradiar a que la energ√≠a t√©rmica adicional tan eficientemente tan posible por eso que se desploma puede continuar. Los metales cuidan tener una estructura de electr√≥n m√°s complicada y son more likely moldear mol√©culas que hidr√≥geno o helio, haci√©ndolos la energ√≠a en irradiar a t√©rmica mucho m√°s eficiente. En la falta de tales v√≠as, la √ļnica manera de get alrededor de este problema es incrementando el lado gravitacional de la ecuaci√≥n, i.e., la mole de la nube de gas se derrumbando. Por lo tanto, para una nube interestelar en particular, m√°s metales resultar√°n en una fracci√≥n m√°s alta de estrellas masivas bajas, respectivo a las estrellas causadas por un metal - nube mala.

El caso extremo con respecto a esto es las estrellas de Population III. √Čstos eran the very primero con el que la generaci√≥n de estrellas y los por lo tanto ellos se formaron pr√°cticamente ningunos metales en todos. Como such, su distribuci√≥n masiva fue distorsionada en exceso hacia el final masivo alto del espectro. Un poco de los detalles y las implicancias de esta situaci√≥n pueden ser encontrados en esta charla sobre reionization Y √©stos Dos Art√≠culos Sobre las primeras estrellas.

Observar esta poblaci√≥n de estrellas directamente would ser una muy bueno pieza de pruebas para TBB. Desafortunadamente, la vez de vida de estrellas (que es decir la √©poca durante la que est√°n uniendo hidr√≥geno en sus n√ļcleos en helio) disminuye en√©rgicamente con su mole. Para una estrella como nuestro sol, la vida es del estilo de 10 mil millones a√Īos. Para la poblaci√≥n III protagoniza, que son esperado tener una t√≠pica mole a la que around 100 veces eso del sol, esta vez shrink en torno de a√Īos de unos cuantos millones (un instante, por los padrones de cosmol√≥gica). Por lo tanto, debemos mirar regiones de universo donde la luz que observamos fue emitida primero al borde de la √©poca cuando estas estrellas brillaron. Esto quiere decir que la luz ser√° tanto d√©bil como muy corrimiento al rojoed (z ~ 20). La combinaci√≥n de estos dos efectos hace las observaciones del suelo en gran parte impracticable, pero puede ponerse posible when el telescopio de espacio de James Webb Empieza el servicio.Primeros resultados prometedores Ser obtenido s√≥lo recientemente by elSpitzer infrarrojo telescopio de espacio.

De la misma manera que estrellas hoy, estrellas de Population III moldearon elementos pesados en sus n√ļcleos (por la fusi√≥n nuclear), E incluso elementos m√°s pesados cuando se fueron Supernova. Estos metales fueron dispersados en todo el espacio por las supernovas que las explosiones y las estrellas de Population II moldearon. Con la ayuda del enfriamiento de metal, estrellas masivas m√°s bajas pod√≠an formarse, que todav√≠a se est√°n quemando hoy lo suficientemente bajo. Las estrellas de II de poblaci√≥n son vistas de forma preferencial en grupos globulares que giran alrededor de la galaxia y en la protuberancia gal√°ctica. Por usar el Hertzsprung - diagrama de Russell, Los astr√≥nomos pueden conseguir un c√°lculo aproximado de cu√°ndo las estrellas en un grupo globular (o el otro grupo de estrella) se formaron. Esto es explicado en m√°s detalle presente el Pregunta frecuente sobre determinar las distancias a objetos astron√≥micosO sobre esta p√°gina aproximadamente el Hertzsprung Russell Diagram y evoluci√≥n sobresaliente.

Un segundo m√©todo de determinar la edad sobresaliente est√° en las capas exteriores de una estrella midiendo el contenido de beryllium. Aplicar esta t√©cnica al grupo globular NGC 6397, lo Pasquini (2004) Encontrar una edad de 13.4 mil millones a√Īos, plus or minus 800 mill√≥n a√Īos (mayor cantidad en la que los detalles pueden ser encontrados Este art√≠culo). Los otros estudios desean Krauss (2003) Y Hansen (2004) Resultados similares obtenidos con los m√©todos relacionados: 12.2 y 12.1 mil millones a√Īos, respectivamente, con los errores on ordenan 1 a 2 mil millones a√Īos.

Las incertidumbres grandes en estas edades ser en parte debido a que estos métodos dependen de nuestro desarrollo de ofstellar de teoría crucialmente("Evolución sobresaliente"), cuál por turno depender de que nuestro conocimiento de las reacciones nucleares pase en estrellas. A pesar de las energías relativamente bajas, los detalles para algunas de estas reacciones se quedan algo imprecisos.

Recientemente, los nuevos resultados fueron obtenidos sobre la velocidad de una cadena de reacci√≥n nuclear Cu√°l ser muy importante en las estrellas, el tan - llamarCiclo de CNO. Este estudio (Imbriani 2004) Revel√≥ que la velocidad de esta reacci√≥n era far m√°s lenta que ser asumido antes. Esto insin√ļa que las estrellas son m√°s viejas que asumir antes, junto a algo entre 0.7 y 1 mil millones a√Īos por turno. Usando los datos de Pasquini, esto insin√ļa que las estrellas m√°s mayores en el Milky Way son 14.1 a 14.4 mil millones a√Īos years viejo. Esto es m√°s viejo que el age of el universo determin√≥ de las otras mediciones (comparar los datos de WMAP, 2d); Pero uno tiene que tener en cuenta los errores relativamente grandes relacionados con estas determinaciones de edad (vea de arriba). As√≠ que estas edades de estrella todav√≠a son compatibles con el age of el universo resuelto en las otras maneras.

Como apuntar por Dauphas (2005), Es tambi√©n posible determinar la edad del Milky Way sin depender de las suposiciones sobre los detalles de las reacciones nucleares pasar en las estrellas. Us√≥ mediciones del uranio (- 238 de U) y abundancia de torio (- 232 de Th), tanto en el sistema solar y en estrellas de halo de metallicity de - bajos para determinar el age de nuestra galaxia. Su resultado era 14.5 mil millones a√Īos, con las incertidumbres de - 2.2 y +2.8 mil millones a√Īos. Tardando estos m√°rgenes de errores into account, esto es otra vez bien compatible con la edad del universo determinada por WMAP.

Uno tambi√©n debe notar que la edad de las estrellas en galaxias distantes tambi√©n puede ser determinado. Para hacer esto, uno calcula modelos te√≥ricos de qu√© parece cuando las estrellas de adentro tienen cierta edad el espectro de una galaxia (¬Ņusted ve? Jimenez 2004), Y compara estos pron√≥sticos de modelo con los espectros observados de galaxias. Obviamente, √©ste es un m√©todo algo complicado con los errores potenciales ni siquiera m√°s grandes que de los m√©todos para determinar los ages of estrellas en nuestro vecindario.

Sin embargo, hasta ahora los resultados encontrados son compatibles con un universo con una edad finita. En galaxias que est√°n lejano de nosotros, que debemos por lo tanto ver cuando parec√≠an cuando todav√≠a eran muy j√≥venes, solamente estrellas j√≥venes son encontradas. Por ejemplo, Nolan (2003) Descubri√≥ que en dos galaxias con corrimiento al rojos alrededor de 1.5, las estrellas tuvieron ages of around 3 - 4 mil millones a√Īos a lo m√°s. Tambi√©n hab√≠a un estudio detallado hecho sobre la historia de formaci√≥n de estrella del universo, usar observaciones de los ages of estrellas en galaxias distantes, que mostraba que el rate de la formaci√≥n de estrella era m√°s alto hace aproximadamente 5 mil millones a√Īos (Cielos 2004).

H) La evolución de las galaxias

Las galaxias son tambi√©n entidades din√°micas, cambiando con el tiempo. Como con la estructura a gran escala, los golpes anchos de formaci√≥n de galaxia siguen a una ruta de "Se agrupar": las estructuras jer√°rquico peque√Īas se forman muy antes y √©stos fusionan para moldear estructuras m√°s grandes cuando el tiempo pasa. Dentro de este marco m√°s grande, algunas galaxias desarrollar√°n las caracter√≠sticas secundarias como brazos en espiral o - de la barra como estructuras, algunos de que will ser temporal y algunos de que will persistir.

Esta fotograf√≠a b√°sica nos dice que, si miramos regiones muy distantes del universo (i.e., galaxias con corrimiento al rojos muy altos), debemos ver galaxias principalmente peque√Īas e irregulares. En su mayor parte, √©ste es el lo que encontramos (con algunas excepciones notables, como cubriremos despu√©s). Empezar en 1996, el Hubble Space Telescope Tomar a series of ideas muy hondas: el Hubble campo hondo, ElHubble sur de campo hondo, Y elHubble Ultra campo hondo. Como uno would esperar, la morfolog√≠a de pocas galaxias cercanas en estas ideas es quite a bit diferente de las galaxias de corrimiento al rojo muy altas.

Otro indicador importante de evoluci√≥n de galaxia viene desde qu√°sares, Espec√≠ficamente su distribuci√≥n de corrimiento al rojo. Los qu√°sares son cre√≠dos ser suministrados energ√≠a por agujeros negros de supermassive en los centros de galaxias que acumulan materia en general; cuando polvo y gas caen en el agujero negro, se caldea tremendamente y emite una cantidad enorme de la energ√≠a al otro lado de un espectro amplio. Para la mayor√≠a de los qu√°sares verdaderos, la cantidad de la energ√≠a soltada durante este proceso es algunos √≥rdenes de importancia m√°s grandes que toda la luz emiti√≥ junto a the rest of la galaxia. In order para este tipo de comportamiento ocurrir para un poco de duraci√≥n del tiempo, las galaxias tienen que tener √Ē‚ÄĻ‚Äô polvo y gas gratis cerca de sus n√ļcleos. El en grandes cantidades de qu√°sares observados tiene corrimiento al rojos cerca de z ~ 2, que sugiere que hab√≠a una √©poca especial durante la historia del universo cuando las condiciones eran correctas por una fracci√≥n grande de galaxias. Para novio - los modelos estatales del universo, esto es hard explicar. Por otro lado, TBB explica esto muy prolijamente notando que, en sus etapas tempranas de la formaci√≥n, las galaxias tienen mucho polvo y gas gratis y colisiones de galaxia eran tambi√©n m√°s com√ļn, que pod√≠a servir de un mecanismo para provocar la actividad de qu√°sar.

Con eso dicho, debe ser notado que el formación de galaxia y evolución se queda una pregunta muy abierta dentro de TBB y no sin la controversia. Vea 5d de sección Para más detalles.

I) La dilatación del tiempo en las curvas de la luminosidad de las supernovas

Como explicar en 2b, El viajar ligero por el universo se dilatando pasa por corrimiento al rojo (i.e., la longitud de onda es distorsionada a valores m√°s grandes cuando el universo se dilata). Debido a que la longitud de onda y la frecuencia para un fot√≥n en particular est√°n relacionadas inversamente a trav√©s de la velocidad de la luz, que es una constante, es obvio que cuando la longitud de onda aumenta la frecuencia debe disminuir. Igual, si la luz de una galaxia distante var√≠a con el tiempo (como esperar√≠amos estrellas variables o p√ļlsares para Cepheid), entonces/luego el tiempo entre estos eventos es distorsionado (recordar, la frecuencia est√° inversamente relacionada con el tiempo). Por lo tanto,, si observamos esta galaxia de Tierra, veremos uno m√°s lento que un observador diferencia en esa galaxia distante y la proporci√≥n entre esas veces ser√° exactamente igual a uno m√°s el corrimiento al rojo de la galaxia.

Mientras observar esta dilataci√≥n de tiempo con estrellas en galaxias distantes es dif√≠cil, podemos evaluarlo usando supernovas En esas galaxias. Las supernovas de Type Ia, en particular, son sabidas tener una firma caracter√≠stica, aumentar en la luminosidad r√°pidamente y luego se desvaneciendo despacio over the course of las varias semanas. Esta firma var√≠a algo dependiendo de la composici√≥n qu√≠mica exacta de la estrella antes de que pase por su explosi√≥n de supernova, pero con la observaci√≥n cuidadosa podemos compensar este efecto. Este aspecto era clave para los mediciones de supernovas que dieron la se√Īal m√°s temprana de la existencia de la energ√≠a oscura y ha sido el tema de muchos trabajos (por ejemplo, Leibundgut 1996, Riess 1997, Goldhaber 2001 Y Knop 2003). Estos trabajos lo hacen claro que corregir para los efectos de la dilataci√≥n de tiempo de corrimiento al rojo es cr√≠tico para comprender los datos. En particular, Goldhaber descarta un "Ninguna dilataci√≥n de tiempo" modelo en 18 desviaciones t√≠picas. La trama abajo (de Ned Wright) demuestra las conclusiones de Goldhaber.

Time dilation in supernova brightness curves vs. redshift

J) Pruebas de Tolman

Adem√°s de predecir que la longitud de onda de la luz debe cambiar cuando el universo se dilata (donde la longitud de onda observada es distorsionada por un factor de (1 + z) en comparaci√≥n con la longitud de onda inicial), el TBB tambi√©n requiere que la luminosidad de superficie de or√≠genes ligeros disminuya, pero como el cuarto poder de (1 + z). Una consecuencia importante de este efecto es que la emisi√≥n t√©rmica de un cuerpo negro en una temperatura en particular en alg√ļn momento en la historia del universo todav√≠a aparecer√° como un espectro t√©rmico later on, pero en una fiebre que es un factor de (1 + z) m√°s bajo (como mencionamos en 2d). Por lo tanto,, midiendo la desviaci√≥n del espectro de RFMC observado de eso de un cuerpo negro perfecto, recibimos una prueba muy fuerte de la idea de que la expansi√≥n del universo sigue a la fotograf√≠a b√°sica de TBB estandar. Esta medici√≥n fue llevada con el sat√©lite de COBE en the 1990s y el espectro era found corresponder a un cuerpo negro a una parte en 10,000 (Mather 1990,Fixsen 1996).

Varios intentos han sido hecho aplicar esta prueba a otros objetos en el universo desde Tolman Work el luminosidad adaptar de superficie en 1930. La dificultad muy importante in aplicar esta prueba a cualquier objeto especial es eso, in order probar la luminosidad de superficie observada en comparación con la expectativa, uno debe saber la luminosidad total primero en primer lugar. La falta de tal "Vela de nivel" en cosmología es sentida muy afilado.

En 2001, a series of trabajos por Lubin Intent√≥ aplicar esta prueba a galaxias distantes. Esto es una tarea dif√≠cil ya que las galaxias son entidades din√°micas sobre la balanza de tiempo del universo. Pasan por los per√≠odos de estallidos de estrella (la formaci√≥n r√°pida de estrellas, generalmente en discos astron√≥micos), unen la opacidad de los cambios de polvo interestelars con s√≠, cuando el contenido de metal aumenta, y su elector marca con un asterisco el cambio en la luminosidad cuando envejecen. El peri√≥dico de Lubin intenta tardar all of this into account. Despu√©s de incorporar estos efectos al esperar adaptando brightnesses de superficie para la galaxia, encuentran los resultados que son compatible con el lo lo que esperan de la galaxia de los que la evoluci√≥n hace un modelo. Esto no es tan fuerte una se√Īal de que la relaci√≥n de Tolman resiste como la temperatura de RFMC, pero es una se√Īal segura que la diferencia de la relaci√≥n estricta es comprendida m√°s o menos. Efectivamente, los resultados eran "La luz cansada" modelos pod√≠an ser descartados usando este m√©todo lo suficientemente poderoso.

K) El efecto Sunyaev-Zel'dovich

La fotograf√≠a que fue descrito en 2d Involucr√≥ los fotones de RFMC pasando por el universo de la √©poca de decouple hasta que los not√°bamos aqu√≠ sobre Tierra sin interactuar con algo por el camino. Mientras esto es en gran parte verdadero, no vale para todos fotones. Las regiones alrededor de grupos de galaxia enormes est√°n llenas del gas muy caliente y ionizado. Tan caluroso, a decir verdad, que los electrones gratis se est√°n moviendo en las velocidades relativistas. Debido a que √©stos son iones gratis, pueden interactuar con fotones mucho m√°s libremente (desear durante la fase de plasma del universo). Cuando los fotones de RFMC pasen este gas, aproximadamente 1 % de ellos interactuar√° con el gas. Debido a que los fotones tengan uno mucho m√°s bajo que los electrones energ√≠a, el esparcimiento despedir√° la energ√≠a en los fotones v√≠a el inverso Efecto de Compton. El resultado es que el espectro de RFMC es distorsionado, con algunos de los fotones cambiados a m√°s alto que would esperar de un espectro t√©rmico puro energ√≠as. √Čsta es la corriente t√©rmica Efecto de Zel 'dovich de - de Sunyaev Y cuando miramos la RFMC en direcci√≥n a estos grupos de galaxia que debemos esperar ver los efectos de esta distorsi√≥n (Esto page Tambi√©n ofrecer algunos m√°s detalles).

Como podemos ver de los datos de observaci√≥n, Este efecto es observado evidentemente. Debido a que esto es indicativo del hecho de que los fotones deben haber pasado el grupo para llegarnos, esto es pruebas fehacientes de que la RFMC era efectivamente un fen√≥meno de cosmol√≥gica y produjo no a nivel local. √Čstos de los que los comentarios pueden tambi√©n ser use medir el valor El par√°metro de Hubble. La precisi√≥n de la medici√≥n es algo limitada ya que depende de los detalles de la distribuci√≥n del gas caliente dentro del grupo, pero los resultados son compatibles con el lo lo que vemos de los otros m√©todos.

L) Efecto integrado de SachsWolfe

Además del efecto de Zel 'dovich de - de Sunyaev, fotones dla RFMC también pueden ser afectados por el Sachs de Integrated - Wolfe hábilmente Efecto. La base para este efecto lo es corrimiento al rojo gravitacional, Uno de los pronósticos más básicos de gr y hacer una demostración de experimentalmente por libra primero y Rebka en 1960. La idea básica es que, cuando los fotones entran en un potencial gravitacional bien, recogen la energía adicional y cuando se retiran pierden la energía. Por lo tanto, los científicos hacen referencia a fotones "Cayendo en" y "Salir de" pozos gravitacionales.

Cuando los fotones de RFMC pasan la estructura a gran escala por el primer plano, pasan por many such pozos gravitacionales. Si la profundidad del pozo es est√°tica (o bastante si la profundidad del pozo est√° aumentando en el same rate como la expansi√≥n del universo), entonces/luego el cambio de energ√≠a de red es cero. Toda la energ√≠a que adquirieron se cayendo es el monta√Īismo desperdiciada afuera. Sin embargo, si el universo contiene la energ√≠a oscura (o tener una configuraci√≥n abierta), entonces/luego el universo se dilata m√°s r√°pido que los pozos gravitacionales alrededor de objetos grandes pueden crecer. Por consiguiente, los fotones de RFMC no pierden toda la energ√≠a que ganaron cayendo en los potentials. Esto hace la RFMC parecer muy ligeramente de mayor aceptaci√≥n en direcci√≥n a estos potentials, que contienen las concentraciones m√°s altas de galaxias tambi√©n.

Luego del lanzamiento de los datos de WMAP, los estudios hechos por Scranton (2003), Afshordi (2004), Boughn (2004), Y Nolta (2004) Midi√≥ este efecto que usaba galaxias seleccionadas en varias maneras diferentes. La se√Īal - el a - el ruido en cualquier una de las mediciones no era muy grande. Sin embargo, timado juntos (y combinado con el comentario de WMAP de que la geometr√≠a del universo era mejor ajuste por un universo plano), proveen pruebas importantes de que este efecto es verdadero y es explicado por el modelo de CMD de Lambda usual de TBB mejor.

M) Materia oscura

Una queja com√ļn que trata de la inclusi√≥n de material oscuro en cosmolog√≠a es que es un "Epicycle", an√°logo a los epicycles del Ptolemaic geocentric Modelos del sistema solar. En esta opini√≥n material oscuro es una muleta inventada para salvar un modelo que no es conveniente para los datos por lo dem√°s. Mientras popular con los cr√≠ticos de TBB, esta postura no resiste bajo el escrutinio adicional.

El origen de material oscuro como una entidad astronómica no viene de cosmología, pero bastante del trabajo de Zwicky Y Oort En 1933 y 1940, respectivamente. Los estudios de las velocidades de galaxias en grupos grandes de Zwicky lo convencieron de que debe haber más mole presente en los grupos (para proveer el tirón gravitacional suficiente para guardar los grupos de volar separadamente) que poder ser explicados por el montón visible de las galaxias ellos mismos. Igual, la medición de la rotación que curvas de galaxias (esencialmente, la velocidad orbital de estrellas alrededor del centro galáctico conspiró contra los radios de las estrellas) indicaron que la mole interior a estas órbitas sobresalientes demostró por física de Newtonian simple de Oort no correspondía a la masa inferida de la luz de los centros de esas galaxias. Ambos de estas observaciones fueron hecho bien antes de que cosmología moderna hubiera tomado la forma realmente y eran independiente de cualquier necesidad para la materia obscura hacer las mediciones de cosmológica se ajustar a la teoría, por lo tanto. El tema más sobre la historia de la noche puede ser encontradoAquí Y hacia dentro Bergh de madriguera de furgoneta (1999).

De la misma manera que the rest of cosmología, las pruebas en curso para material oscuro vienen de varias observaciones diferentes:

  • De la misma manera que las observaciones originales de Oort las mediciones modernas de la rotaci√≥n que las curvas para galaxias en espiral demuestran que deben ser m√°s mole en estas galaxias que podemos directamente ver all√≠. La velocidad de una estrella (o nube de gas) en una √≥rbita bruscamente circular alrededor del centro de una galaxia depende del mont√≥n interior a esa √≥rbita, cuando la mec√°nica de Newtonian b√°sica nos indica. Por lo tanto, midiendo la velocidad de √≥rbitas sobresalientes en varios radios, podemos convertir eso en un perfil masivo. Faber (1979) Da una evaluaci√≥n de un n√ļmero de tales mediciones de velocidad.
    Dos puntos son relevantes aqu√≠: primero, la masa inferida de estas medidas es siempre m√°s que uno would inferir de mirar el tema visible en estas galaxias. Esto es claro para Oort y se queda cierto hoy. Segundo, la distribuci√≥n de ese material oscuro no es el same como el tema visible. La densidad sobresaliente en una galaxia en espiral cuida caerse de manera exponencial cuando uno se mueve del centro al borde en el avi√≥n del disco. El perfil masivo inferido de la velocidad se curva, por otro lado, cae como el cubo inverso del radio (Prada 2003). √Čste no es el lo que esperamos para baryons, que puede perder la energ√≠a gravitacional v√≠a la radiaci√≥n y caer ms profundo en el potencial gravitacional bien de la galaxia. Para CDM, sin embargo, esta alternativa no est√° disponible (debido a que la materia obscura no interact√ļa con fotones) y por lo tanto se queda estancado en los radios m√°s grandes. Las simulaciones de CDM verifican este comportamiento, proveyendo otra pista de que no s√≥lo la materia obscura est√° presente, pero la mayor√≠a de √©l(ella/eso) no est√° hecha de lo baryons.
  • Un partido similar puede ser jugado con galaxias el√≠pticas. Estas galaxias no tienen el same estructura orbital simple como galaxias en espiral as√≠ que la observaci√≥n es algo diferente. Rather than medir los curvas de velocidad, podemos mirar el X - la emisi√≥n de rayo de estas galaxias. Rayos de - de X son producidos por gas (las temperaturas en millones de grados) sumamente caliente surrounding estas galaxias. Como con las estrellas en la galaxia en espiral, sin embargo, la mole de la galaxia debe ser sufficient guardar las part√≠culas en el gas gravitacionalmente restringido a la galaxia as√≠ que un mont√≥n puede ser inferido de una medida del X - la temperatura de rayo. Otra vez, el mont√≥n medido en esta manera siempre excede eso esperado por la cantidad del tema visible (1986 de Fabian de cf).
  • En un modo similar, uno tambi√©n puede mirar la se√Īa de galaxias en grupos. De la misma manera que estrellas en galaxias el√≠pticas, las se√Īas de galaxias en estos grupos no son √≥rbitas circulares simples. Para obtener una medida de la energ√≠a cin√©tica en las galaxias, los astr√≥nomos miden su dispersi√≥n de velocidad, esencialmente la discrepancia de las velocidades observadas para galaxias en el grupo. Si el grupo de galaxia es relativamente inalterable (i.e. no ha pasado por una fusi√≥n muy importante con otro grupo de galaxia), entonces/luego el teorema de virial Puede ser use calcular la fuerza gravitacional esperada necessary sujetar una grupo de galaxia de una dispersi√≥n de velocidad en particular. Como se dijo anteriormente,Las 1933 mediciones de Zwicky De velocidad de grupo de galaxia dispersions eran el primer indicador de que el mont√≥n total de grupos debe ser considerablemente m√°s alto que s√≥lo el tema visible y esto se queda verdadero con las mediciones modernas.
  • Como mencionamos en 2k, Grupos de galaxia son rodeados por un halo del gas ionizado sumamente caliente. Esto quiere decir que podemos usar la misma t√©cnica de nuestro ejemplo de galaxia el√≠ptico m√°s arriba de recibir una medida masiva para grupos de galaxia y compararlo con la mole visible. X - las observaciones de rayo con el Chandra El sat√©lite ha revelado pruebas para material oscuro efectivamente; vea los comunicados de prensaChandra descubre "R√≠os de la gravedad" que definen el paisaje c√≥smico YLas mociones del grupo de Galaxy cercano revelan la presencia de superestructura escondida.
  • Lo grande amount of mont√≥n contenido en grupos de galaxia tambi√©n los hace una fuente excelente de lentes gravitacionales. Uno de los pron√≥sticos m√°s sorprendentes de gr lensing gravitacional es la desviaci√≥n de la luz debido a potentials gravitacionales. La confirmaci√≥n de lensing gravitacional by La 1919 expedici√≥n de Eddington Era una de las observaciones importantes tempranas a favor de gr y lensing se queda una investigaci√≥n de cosmol√≥gica fuerte hoy. Para potentials gravitacionales particularmente poderoso (como grupos de galaxia), la luz de or√≠genes detr√°s del lente puede viajar por senderos m√ļltiples en realidad a observadores on the other side of el lente. Este da como resultado hacia dentro distorsionado, a - de arco como ideas del objeto de fondo le gustan aquellos see Esta idea de Abell 2218. El dibujo y la forma de estas ideas son muy consciente del mont√≥n (y la distribuci√≥n masiva) del objeto de lensing, proveyendo nuestra medida m√°s limpia de masas de grupo de galaxia y, otra vez material oscuro es necessary llenar la brecha entre la observado mole y visible. Una lista de lentes gravitacionales actualmente descubiertos puede ser encontrado on el Sitio web de encuesta de castillos. Este art√≠culo, Los cient√≠ficos correlacionan la materia obscura, prueban que Einstein justo tambi√©n explica este efecto en un poco de detalle.
  • Definitivamente, tenemos el modelo de concordancias de cosmol√≥gica en curso. Las medidas de supernovas distantes, los anisotropies de RFMC y la estructura a gran escala se√Īalan a un modelo que tiene un componente relativamente grande de material oscuro all. M√°s lejos, las dos mediciones √ļltimas tambi√©n pueden diferenciar entre la cantidad del tema en la forma de baryonic normal y eso en el tema de baryonic non -. En el mejor modelo quedar bien requieren aproximadamente 5 partes del √ļltimo para cada parte del antiguo.

Una evaluación adicional de estas observaciones es proveída en esta página sobre la materia obscura.

As√≠ que, dado que necesitamos un nuevo tipo de tema, uno que no interactuar con la luz en la manera que el tema normal hace, algunas preguntas son evidentes: ¬Ņhay un modelo razonable que puede suministrar las posibilidades para lo que este material oscuro realmente es? ¬ŅY si es as√≠, por qu√© ser que no hemos estado capaces observarlo directamente en laboratorios aqu√≠ sobre Tierra?

Antes de subir en esas preguntas, es importante recordar que no todo material oscuro es baryonic non -. Para estos baryons, la "Noche" es un término algo impreciso. Ocasionalmente, es soportado para querer decir que no dan la luz en la parte visible del espectro electromagnético; el gas interestelar e intergalactic por ejemplo, tibio los enanos marrones,Agujeros negros, YEstrellas de neutrón. De éstos, solamente el primero está actualmente más allá de nuestras habilidades de observar directamente; los enanos marrones dan la luz en el infrarrojo, mientras que agujeros negros y estrellas de neutrón (o bastante sus ambientes) son fuentes fuertes de las ondas de radio y X - los rayos. Tomar el espectro electromagnético lleno asequible a los astrónomos en la cuenta, Aproximadamente la mitad de De los baryons en el universo puede ser llamado "Material oscuro" a la vez en curso.

Así que, habiendo addressed eso, regresamos al sector de baryonic non - de material oscuro. Las mejores apuestas en curso los candidatos vienen de física de partículas, where teorías para material en curso oscuro de supersymmetry Proporcione un todo los montón de las posibilidades. Presente el Supersymmetric usual modelo mínimo, Cada partícula en el modelo usual tiene uno pareja partícula de - excelente de la masa mucho más grande. Estas partículas solamente existirían en abundancia en las etapas muy más tempranas del universo, pero el más ligero de estas partículas sería estable contra la decadencia en partículas más ligeras (desde nada exista) y se queda in existence hoy, por lo tanto,. En guiones así, la partícula más ligera es típicamente el neutralino. Una posibilidad even more exótica, pero extensamente hablada es el tan - llamar "Axion". Colectivamente, estas partículas son llamadas en general CobardeS, abreviatura de la "Partícula enorme débilemente interactuando".

Porque los muchos a√Īos, los neutrinosFue considerado ser candidato de tema oscuro viable (tener la ventaja de que sab√≠amos que exist√≠an definitivamente). Sin embargo, cuando m√°s pruebas se acumularon de la estructura a gran escala y la RFMC, la posibilidad de que neutrinos pod√≠an explicar las observaciones se desti√Īo. Para ajustarse a los comentarios, la materia oscura tuvo que estar fr√≠o, i.e. se moviendo despacio en comparaci√≥n con la velocidad de la luz. Con su mole muy peque√Īa, los neutrinos son muy f√°ciles se acelerar a cerca de la velocidad ligera. Debido a que tienen tanta energ√≠a cin√©tica, neutrinos no se derrumban f√°cilmente en potentials gravitacionales relativamente peque√Īo. Si fueran la forma dominante de material oscuro, frotar√≠an la distribuci√≥n del tema sobre balanzas peque√Īas, en el conflicto claro con la balanza peque√Īa fuerte que se agrupa que observamos. Efectivamente, cuando incluimos la informaci√≥n de WMAP,Los cosm√≥logos descubren Que los neutrinos pueden comprender nada m√°s que 1.5 % de la densidad de energ√≠a total en el universo.

Cuando las pruebas para material oscuro crecieron y la f√≠sica de part√≠culas pod√≠a suministrar a varios candidatos lisonjeros hip√≥crita, varios experimentos han empezado a detectar la materia obscura directamente durante los √ļltimos varios a√Īos. Hasta ahora los experimentos no han estado capaces hacer una detecci√≥n positiva, pero mucho espacio de par√°metro te√≥rico se queda inexplorado. Para una evaluaci√≥n de las restricciones en curso, esta dos Art√≠culos Ser digno de leer.

Otra posibilidad excitante cerca es el Hadron Collider grande. Este experimento en CERN es esperado llegar a las energías alto lo suficientemente para buscar partículas de supersymmetric, el descubrimiento de que sería un indicador importante de que nuestras teorías en curso sobre la noche importan las partículas son una posibilidad fuerte. Por supuesto, es también posible que el LHC encontrará algo completamente nuevo e inesperado.

N) Energía oscura

En una queja de epicycle la energ√≠a oscura es a√Īadida a la lista r√°pidamente al mismo tiempo que la materia obscura. De la misma manera que el con la materia obscura el caso, llamar la energ√≠a oscura un epicycle insertado para salvar TBB hace caso omiso de un n√ļmero de los hechos de la caja. A diferencia de materia oscura, las √ļnicas pruebas para la energ√≠a oscura vienen de simplemente las mediciones de cosmol√≥gica, pero la existencia de some tipo de la energ√≠a oscura era part of gr y TBB del days muy m√°s temprano de la teor√≠a, hardly el lo que uno would esperar para un par√°metro invent√≥ ad hoc para salvar una teor√≠a. M√°s lejos, las pruebas para la energ√≠a oscura vienen de una gran variedad de observaciones de cosmol√≥gica, each with sus propios errores independientes y prejuicios sistem√°ticos. Adicionalmente, hay argumentos te√≥ricos de que this type of la energ√≠a debe existir.

Primero, miramos las pruebas de observación.

Por el mediados de - 1990s, varios comentarios de cosmol√≥gica hab√≠an llegado a la precisi√≥n suficiente que era dif√≠cil reconciliarlos con un universo dominado por la materia obscura. Roughly uno d√©cada y media prior, Alan Guth y otros sugirieron una adici√≥n a the then fotograf√≠a en curso de TBB: la inflaci√≥n. La motivaci√≥n para la inflaci√≥n fue explicar el horizonte y lo plano problemas (b√°sicamente, por qu√© ser el universo tan uniforme y cerca to plano si sabemos que √©stos son las soluciones inestables para las ecuaciones que gobiernan TBB; esto est√° cubierto de m√°s detalle en 3e). Desde que ese entonces la inflaci√≥n se hab√≠a hecho una parte usual de TBB (y se queda cierto hoy). Uno de los pron√≥sticos de inflaci√≥n m√°s gen√©ricos eran que la densidad en conjunto del universo debe estar sumamente cerca del valor cr√≠tico. Mediados de - 1990s mediciones del tema al que la densidad de grupos de galaxia y otros or√≠genes constantemente prefer√≠a el tema que las densidad mucho bajaban corresponden a los datos. Al mismo tiempo, las mediciones de los ages of las estrellas m√°s mayores estar produciendo las edades que era inconsistente con la era del universo sobre la base de un tema - el solamente el modelo. Un modelo abierto, donde la densidad era m√°s baja que el valor cr√≠tico, aliviar√≠a estos problemas de observaci√≥n hasta cierto punto pero ser√≠a dif√≠cil para alinear con la inflaci√≥n, que hab√≠a sido dado un aumento fuerte por las mediciones de RFMC de COBE algunos a√Īos prior. Como would girar la energ√≠a oscura solucion√≥ todos estos problemas distintos. La historia es contada en m√°s detalle en este art√≠culo:La energ√≠a oscura: s√≥lo el lo que te√≥ricos pidieron.

Mientras la energ√≠a oscura era una soluci√≥n posible frecuentemente mencionado para the state of los problemas antes del a fines de 1990s, pocos cosm√≥logos eran willing hacer ese salto sin pruebas m√°s fehacientes. Para muchos cosm√≥logos, esas pruebas vinieron en forma de los 1998 resultados de supernovas. Dos equipos, trabajando por separado y con juegos en gran parte disjuntos de los datos, descubrieron que las observaciones de supernovas distantes eran constantemente m√°s d√©biles que uno would esperar para un tema - solamente universo (ver Riess 1998 Y Perlmutter 1999). Efectivamente, descubrieron que la expansi√≥n del universo hab√≠a estado se acelerando por lo pasado varios miles de millones a√Īos, m√°s all√° del efecto esperado incluso para un universo abierto. El mejor ajuste a los datos inclu√≠a un componente de energ√≠a oscuro concreto, lo suficientemente guardar la configuraci√≥n del universo plana mientras correspond√≠a al galaxia de densidad de tema bajo tambi√©n agrupa las mediciones y resolver la crisis de edad. Para m√°s detalles ¬Ņusted ve? esta p√°gina: ¬ŅHay una constante de cosmol√≥gica diferente a cero?.

Para aquellos todav√≠a renuentes incluir la energ√≠a oscura en sus modelos, la situaci√≥n se puso m√°s dif√≠cil con el lanzamiento de los resultados de WMAP de primer a√Īo. Estos comentarios revelaron que la densidad total del universo estaba muy cerca del valor cr√≠tico, poniendo la √ļltima u√Īa en el ata√ļd de universo abierto. Tener un mapa de CMB detallado tambi√©n permit√≠a una medici√≥n mucho m√°s limpia del Sachs integrado - Wolfe Efecto, uno de los indicadores de tecla de la energ√≠a oscura.

Un buen resumen de las líneas varias de pruebas que soportan la existencia de la energía oscura también ser dado por esta página web: la energía oscura.

Mientras los datos en curso son sufficient demostrar la necesidad para algo como la energía oscura, los detalles de la energía oscura todavía son en gran parte espontáneos. No sabemos qué para la energía oscura es la ecuación de estado, si se queda continuo o cambia con el tiempo, si la densidad de energía oscura se queda constante across all el espacio o si se agrupa, etc.. Como con material oscuro, sin embargo, varios modelos potenciales de física teórica han sido propuesto, aunque los medicamentos de la energía oscura son en general más especulativos que para material oscuro. Corresponden a los datos en curso all, pero hacen los pronósticos muy diferentes para las futuras observaciones, en general. Examinaremos algunos de ellos brevemente.

La forma m√°s b√°sica de la energ√≠a oscura es una constante de cosmol√≥gica: una densidad de energ√≠a suave y constante por todos lados en el universo con la identificaci√≥n de estado igual a - 1. Este tipo de campo escalar combina con la fotograf√≠a b√°sica del vac√≠o de teor√≠a de campo de cuanto: incluso en la falta de part√≠culas, por eso - called "El cero - las fluctuaciones de punto" llenar√° todos del espacio uniformemente. Sin una teor√≠a correcta de la gravedad de cuanto, un c√°lculo preciso de la magnitud de esta densidad de energ√≠a de vac√≠o es imposible (necesitar√≠amos saber el quantization correcto de espacio y el tiempo de lo hacer). En la falta de tal teor√≠a, el c√°lculo m√°s obvio (basado en el mont√≥n de Planck) da roughly 120 √≥rdenes de importancia m√°s grandes que la densidad de energ√≠a que inferimos de los comentarios de cosmol√≥gica a una densidad de energ√≠a de vac√≠o. Este disconnect ha sido llamado "El peor pron√≥stico alguna vez hecho en f√≠sica te√≥rica", sin cantidad peque√Īa de la justificaci√≥n.

Para conciliar esta discrepancia, uno podr√≠a imaginar que una contabilidad completa de las contribuciones de todas las partes diferentes de la teor√≠a se cancelar√≠a en gran parte, dejando la densidad de energ√≠a de vac√≠o de vestigio peque√Īa que observamos hoy. Una discusi√≥n adicional de esta idea (y ones relacionados) puede ser encontrado aqu√≠: ¬Ņqu√© es la densidad de energ√≠a del vac√≠o?

Aflojando el requisito de que la densidad de la energ√≠a oscura se queda constante con el tiempo, llegamos a la clase de la energ√≠a oscura que modelos llamaron la quintaesencia. La idea aqu√≠ es que, en lugar de depender de una asimetr√≠a leve en f√≠sica de part√≠culas para conseguir nuestra energ√≠a oscura, proponemos la existencia de un (hasta ahora completamente hipot√©tico) type of campo; recordar que, en teor√≠a de campo de cuanto, las "Part√≠culas" y los "Campos" son en gran parte la misma cosa. Like para la energ√≠a de vac√≠o, la ecuaci√≥n de estado para este campo es negativa. Sin embargo, debido a que es relacionado con un campo en vez de una parte innata de spacetime, la densidad de energ√≠a y la ecuaci√≥n de estado pueden cambiar con el tiempo. Dependiendo de los detalles del modelo, esta flexibilidad puede ayudar para explicar el "Problema de coincidencia c√≥smico": el hecho de que la densidad de energ√≠a de la energ√≠a oscura y el tema son casi iguales hoy nos pone en un punto relativamente infrecuente en la historia de nuestro universo, parecido a s√≥lo ocurrir estar en el puesto exacto donde dos trenes transcontinentales se pasan. Los datos en curso son sufficient restringir la evoluci√≥n muy fuerte en la ecuaci√≥n de estado los cambios m√°s peque√Īos relacionados con algunas variedades de la quintaesencia todav√≠a son modelos viables.

En el resumen mientras que el material oscuro tiene varios modelos prometedores y la detección directa es una posibilidad muy verdadera en un futuro próximo, la energía oscura se queda un misterio. Algunos modelos existir que explica los datos en curso, pero ninguno de ellos es casi tan maduro como la materia obscura hace un modelo de. Los futuros comentarios podrán poner las restricciones más grandes sobre tanto la ecuación en curso de estado como su cambio con el tiempo, pero evaluar estos modelos en el detalle es sumamente estimulante. Como con cualquier área de investigación teórica en curso, sólo tendremos que esperar hasta que más datos están disponible y la teoría ha avanzado antes de hacer sentencias más detalladas.

Z) Regularidad

En la discusión más arriba, hicimos la referencia frecuente al hecho de que muchos tipos diferentes de las observaciones de cosmológica eran combinados para producir el modelo de CDM de Lambda de concordancias que la mayoría de los cosmólogos usan hoy. Esto no debe ser interpretado como un juego de las observaciones all dependientes de sí para el soporte mutuo, wherein el retiro de una observación causa que la estructura entera se desplome. Bastante, es el caso de encontrar intersecciones entre líneas mutuas de pruebas de ubicar la mejor solución en conjunto. Incluso si los futuros datos muestran que nuestra interpretación de una línea es incorrecta, los otros se quedan en gran parte inmunes.

Como un ejemplo, considere la determinación de los parámetros de cosmológica del equipo de WMAP Papel. La edad del universo obtenido de las mediciones de WMAP es compatible con los métodos de edades sobresalientes observados. La proporción de baryons para fotones es compatible con la proporción de deuterio de nucleosíntesis primigenia a helio pronosticado. El constante de Hubble es compatible con las mediciones de supernovas distantes, el Tully - el pescador relato y los brightnesses de superficie de galaxias. Igual, el modelo de cosmológica de las mediciones de WMAP es compatible con las mediciones de la estructura a gran escala de encuestas como el encuesta de cielo de Digital de Sloan (SDSS) y lo dos - encuesta de campo de grado (2dF). Si estos resultados individuales no fueran compatibles con sí, entonces/luego no veríamos una mejora en las restricciones de parámetro cuando combinamos los data sets. El hecho de que vemos una mejora es pruebas de que la teoría, efectivamente, se mantiene intacto.

3) Problemas y objeciones

Esta secci√≥n se las arreglar√° con un n√ļmero de las objeciones comunes para TBB. √Čstos no son - completos lanzados las alternativas a TBB (cubriremos eso en la pr√≥xima secci√≥n), pero bastante las objeciones para la base fundamental para TBB o el re radical - las interpretaciones de los datos f√≠sicos.

A) "Algo no puede venir de la nada" - la primera ley de termodin√°mica

La declaración simple "Algo no puede venir de la nada" no es, en sí, muy convincente. De teoría de campo de cuanto, sabemos que algo no viene de nada efectivamente: a saber, "fluctuaciones del vacío". En el caso más simple, un electrón, un positrón y un fotón pueden aparecer efectivamente de la nada, existir por un breve momento y luego aniquilarse, dejando ninguna creación neta de masa o energía. El soporte experimental para este tipo de efecto ha sido encontrado de varios experimentos diferentes. Vea, por ejemplo, la página de Wikipedia para el efecto de Casimir.

El punto en com√ļn para todos estos efectos es que no violan ninguna ley f√≠sica conocida de conservaci√≥n(por ej. conservaci√≥n de la energ√≠a, la velocidad, y la carga). Algo puede venir efectivamente de la nada mientras estas leyes de conservaci√≥n permitan esto. Pero las personas a menudo argumentan que la teor√≠a de la gran explosi√≥n infringe la conservaci√≥n de la energ√≠a (que es esencialmente la primera ley de termodin√°mica).

Hay algunos counterarguments eficaces contra esto: primero, como ya se se√Īal√≥, el TBB no es sobre el origen del universo, but bastante su desarrollo con el tiempo. Por lo tanto, cualquier declaraci√≥n de que la aparici√≥n del universo "De la nada" es imposible no tiene nada que ver con el lo que el TBB en realidad aborda. Igual mientras que las leyes de termodin√°mica son aplicable al universo hoy, no est√° claro que son aplicable al origen del universo necesariamente; s√≥lo no lo sabemos. Definitivamente, no est√° claro que uno puede hablar del tiempo sensatamente "Antes de la gran explosi√≥n". "El tiempo" ser uno esencial part of nuestro - de universo (por lo tanto el per√≠odo "Spacetime" de gramos) asi que no es clear cu√°n exactamente caracterizar√≠a la energ√≠a antes y despu√©s de la gran explosi√≥n en una manera preciso lo suficientemente de llegar a la conclusi√≥n de que no fue ahorrado uno.

Suponer que tenemos alguna manera de manejar las nociones del tiempo aparte de nuestro spacetime, el universo que aparecía de la nada would solamente infringir la primera ley de termodinámica si la energía fuera diferente de la energía de antemano después. Probablemente todas personas estarán de acuerdo en que la "Nada" debe tener una energía del cero; así que la ley es solamente infringido si la energía del universo es el cero non -. Pero efectivamente hay buenos argumentos de que la energía del universo debe exactamente ser el cero!

Esta conclusi√≥n es algo - de mostrador instintivo a primera vista, ya que obviamente toda la mole y la radiaci√≥n que see en el universo tienen una enorme amount of energ√≠a asociada. Sin embargo, esta cuenta hace caso omiso de la energ√≠a potencial gravitacional dentro del universo. En el l√≠mite de Newtonian, podemos conseguir una sensaci√≥n para esta contribuci√≥n considerando el ejemplo usual de un cohete que deja la tierra "Escaparse" de su campo gravitacional lo suficientemente, con una velocidad gran. Viajando farther and farther away de la tierra, la velocidad del cohete se pone m√°s peque√Īa y m√°s peque√Īa, yendo al cero "En el infinito". Por lo tanto el cohete no tiene energ√≠a a la izquierda "En el infinito" (descuidar su "Energ√≠a de descanso" aqu√≠, que es irrelevante para el argumento). Aplicando la conservaci√≥n de la energ√≠a, sigue que la energ√≠a del cohete era tambi√©n cero cuando dej√≥ Tierra. Pero ten√≠a una velocidad alta entonces/luego, i.e. la energ√≠a cin√©tica grande. Sigue que la energ√≠a potencial gravitacional que ten√≠a en la tierra era negativa. Para otra explicaci√≥n, vea por ejemplo esta energ√≠a gravitacional post aboutNegative.

En un artículo de naturaleza en 1973, E. Tryon esbozó una pelea de que la energía potencial gravitacional negativa del universo tenía el same magnitud como la energía segura contenía en sus contenido (el tema y la radiación), y por lo tanto la energía total del universo es efectivamente cero (o por lo menos cerca al cero).

Part of la dificultad aquí es que el concepto de la "Energía gravitacional" es esencialmente un one de Newtonian. En gr, el principio de la equivalencia hace definir una energía gravitacional que será visto coherentemente de todos marcos de la referencia problemático. Igual, la idea de la "Energía total del universo" es difficult definir apropiadamente. Misner, Thorne y Wheeler(Uno de los textos usuales sobre gr) hablar de esto detalladamente en chapter 20 de su libro.

Otro enfoque es el "Hamiltonian" o "Función de Hamilton" de Wald para gr como obtener en su texto de gramos. En física clásica, esta función puede ser interpretado como representar la energía total de un sistema en particular (casi siempre). Usando este formalismo, Wald muestra que, para un universo cerrado, el Hamiltonian es cero. Las peleas similares pueden ser applied al mismo efecto para un universo plano, aunque para un universo abierto que la formulación por los finales de Hamiltonian arriba de - enfermo definió.

Los otros esfuerzos de las arreglarse con el ahorro de la energía en gr han usado "Seudo tensores de -" tan - llamar. Este enfoque fue probado por Einstein, entre muchos otros. Sin embargo, la opinión en curso es que los modelos físicos correctos deben ser formulados usando solamente tensores (ver a Misner, Thorne y Wheeler otra vez, Chapter 20), asi que este enfoque ha perdido la predilección.

Sin embargo, esto nos deja con something of a dilema: en la falta de una definición correcta de la energía potencial gravitacional, la ley del ahorro de la energía de la mecánica clásica no resiste en GR evidentemente. Por lo tanto,, para cualquier teoría sobre la base de gr, de la misma manera que TBB, el ahorro de la energía no es evidentemente algo que puede ser sujetado contra él(ella/eso). Por lo tanto, la primera ley de argumento de termodinámica se pone sujeta a discusión. Para una discusión más detallada a lo largo de estas líneas, see esta página de pregunta frecuente en gr en la conservación de energía.

B) el universo muy ordenado hoy no pudo haber venido de una explosión - la segunda ley de termodinámica

Este argumento es una diferencia del creacionista rumor falso usual que trata de la evolución creando la orden del desorden, en la infracción evidente de la segunda ley de termodinámica. El mostrador usual - el argumento, por supuesto, es que esa formulación solamente es aplicable a sistemas aislados, a diferencia de la tierra.

Si estamos hablando del universo, por otro lado, no está claro que esta réplica solicita. Después de todo, el universo, tan lejano como sabemos, es el sistema aislado final, con la energía ni entrar o se retirar del sistema. Sin embargo, aplicar esta forma simple de la segunda ley al universo tiene algunas complicaciones.

La falsa idea usual de la gran explosi√≥n es eso de una explosi√≥n del tema en el espacio ya existente. √Čsta no es la caja. Bastante, TBB sostiene que spacetime mismo se dilat√≥. Obviamente, cualquier declaraciones acompa√Īadas de la afirmaci√≥n de que la gran explosi√≥n estall√≥ de crear la orden tienen que ser tardadas with a grain of salt.

M√°s lejos, nuestros conceptos diarios del "Orden" y el "Desorden" no son aplicable a la cantidad f√≠sica called la "Entrop√≠a" realmente. Efectivamente, como mostrar por Kolb & Turner, La entrop√≠a del universo temprano estaba sumamente deprimida. Esto tiene el sentido si uno recuerda que, en las etapas muy tempranas del universo, la distribuci√≥n del tema y la energ√≠a estaba sumamente ordenada, como demostrar por la uniformidad dla RFMC. Como such, uno pod√≠a caracterizar la distribuci√≥n entera del tema y la energ√≠a en el universo con un n√ļmero solo (la temperatura) a una muy buena aproximaci√≥n. Compare eso con el universo que vemos ahora, lleno de las distribuciones complicadas y desordenadas de galaxias, estrellas y gas. La cantidad de la entrop√≠a en estos objetos es enorme (la destituci√≥n nuestro Discusi√≥n m√°s temprana Sobre la falta de √≥rbitas coherentes para estrellas en galaxias el√≠pticas y galaxias en grupos de galaxia). Por lo tanto, la idea de que la entrop√≠a del universo ha disminuido in violation of la segunda ley de termodin√°mica de alg√ļn modo es en gran parte disparatada.

Ir√≥nicamente, sin embargo, esta objeci√≥n superficial resulta en una pregunta mucho m√°s seria: dado que la entrop√≠a del universo ha aumentado solamente, ¬Ņc√≥mo consigui√≥ tal entrop√≠a baja cuando vino into serlo? A la vez en curso, esto todav√≠a es una cuesti√≥n sin resolver en cosmolog√≠a. Obviamente, muchos de los problemas como los que hicimos un esquema en la secci√≥n previa respecto a el tiempo antes de la gran explosi√≥n y la aplicabilidad de leyes f√≠sicas en el origen del universo viene into play aqu√≠, pero hay, de todav√≠a, ninguna respuesta simple.

C) teoría atea

Como con la evolución, TBB es etiquetado por creacionistas de tierra jóvenes a menudo como yet another teoría inventado por arte de magia por ateos que parecían negar que el Dios creó el universo y todo adentro. Obviamente, esto no es una pelea científica ni por asomo, y, como el cargo similar dijo la verdad en la evolución, el reclamo es falso sobre su cara.

TBB no lo fue solamente aceptó por Christian más convencional (y otros religiosos) sectas, pero también incluso junto a tierra vieja a los creacionistas les gusta Hugh Ross. Algunos filósofos de Christian tratan de usar el TBB como pruebas de que para la existencia de un creador - que apuntan, por ejemplo, esa teoría tan científica coincide con la Biblia en la idea de que el universo tenía un principio, que la luz vino primero ni siquiera (aunque esto una tergivesación cruda es de qué el TBB en realidad decir), etc.. Para artículos que contienen las discusiones de este tipo de las peleas, vea, por ejemplo, la páginaFísica y religión.

Definitivamente, debe ser thatLemaitre apuntar, ¡Uno de los creadores del TBB (las ecuaciones céntricas del TBB son llamadas el "Friedman - las ecuaciones de Lemaitre" a menudo), era en realidad un Jesuita sacerdote!

D) ¬ŅEstrellas m√°s viejas que el universo?

√Čste es un problema anticuado, pero todav√≠a aparece ocasionalmente en alg√ļn creacionista e inconformista - zonas de TBB. Addressed part of esto en la energ√≠a oscura La secci√≥n, pero nos reiteraremos para la claridad.

En el mediados de - 1990s, los mejores c√°lculos aproximados del par√°metro de Hubble en curso pusieron el valor alrededor de 80 km /s/ Mpc - - no muy lejano del mejor valor en curso alrededor de 72 km /s/ Mpc y well within el margen de error. At the time, el incumplimiento modelo te√≥rico sobre la base de los pron√≥sticos de la inflaci√≥n y las observaciones de RFMC de COBE era un apartamento, el tema - universo dominado. Bajo este modelo, los valores para el par√°metro de Hubble dieron around 10 mil millones a√Īos a uno age of el universo aproximadamente. Al mismo tiempo, los c√°lculos aproximados de edad para las estrellas m√°s mayores en nuestra galaxia estaban entre 13 y 18 mil millones a√Īos. Este conflicto fue llamado el "Crisis de edad".

En breve de all√≠ en adelante, dos mejoras en los datos resolvieron este acertijo evidente. Primero, el sat√©lite de Hipparchos suministr√≥ los mejores c√°lculos aproximados por las distancias a las estrellas usadas en las mediciones de edad. Estas nuevas distancias eran m√°s grandes que las mediciones previas que, por turno, quisieron decir que las estrellas en cuesti√≥n eran m√°s luminosas que creer en antes. Considerar esto en los c√°lculos de edad hizo caer el alcance de las edades esperadas antes de unos cuantos miles de millones years. En segundo lugar, los mediciones de supernovas distantes y mediciones de anisotropy de RFMC siguientes demostraban la necesidad para la energ√≠a oscura en el modelo de cosmological usual. Incluir este per√≠odo adicional cambi√≥ el c√°lculo aproximado de edad para el universo, empuj√°ndolo al valor en curso de 13.7 mil millones a√Īos. Esta combinaci√≥n de los efectos resolvi√≥ la crisis de edad prolijamente.

H) Arp

Halton Arp era un astrónomo profesional, se relacionó con Palomar Observatory, que trabaja en los Max Planck laboratorios en Alemania ahora antes. Over the course of many years of observaciones (y varios trabajos publicados), ha llegado a la conclusión de que el redshift medido para muchos objetos distantes no es cosmological en la naturaleza. Esto se va más allá de las velocidades raras habladas de antes; En el modelo de Arp redshifts son intrínsecos e in no way relacionado con la distancia.

La base para esta conclusión es que muchos pares de galaxias (o galaxias emparejadas con quásares) seem demostrar alguna manera de la relación física, a pesar de las diferencias grandes en redshift (y por lo tanto la distancia, si usamos TBB estandar). Por ejemplo, el brazo de una galaxia en espiral podría parecer extenderse hacia un quásar cercano o (como esta historiaFunciones) un quásar podría parecer estar tendido dentro de una galaxia ni siquiera. Arp ha publicado unoCatálogo entero De estas asociaciones de redshift discordantes.

Los reclamos de Arp son respaldados por algunos otros astr√≥nomos, m√°s notablemente Gregory y Margaret Burbidge. La mayor√≠a de los astr√≥nomos, sin embargo, rechazan sus reclamos, se√Īalando que sus observaciones son explainable por superpositions casuales de objetos sobre el cielo. Calcular la probabilidad exacta de un juego en particular de superpositions puede ser muy dif√≠cil y los partidarios y detractores de Arp discrepan a si los c√°lculos a lo largo de estas l√≠neas de Arp son eficaces en general.

Recientemente, un estudio por Scranton et al (2005)Poder haber perdido some ligero sobre esta controversia. Usar datos delEncuesta de cielo de Digital de Sloan, Los puestos de 200,000 qu√°sares fueron correlacionados con los puestos de 13 mill√≥n galaxias. En el modelo de Arp, las galaxias y los qu√°sares son relacionados con s√≠ f√≠sicamente y, por lo tanto, uno esperar√≠a que correlacionar las dos poblaciones would mirar much√≠simo como correlacionar las galaxias con s√≠. Por otro lado, TBB nos dice que los qu√°sares son mucho m√°s distantes que las galaxias en esta muestra as√≠ que el correlaci√≥n de - de cross merecida to verdadera que gravitacional se agrupar debe es casi cero. En vez, debemos ver una cruz producida - la correlaci√≥n debido a el gravitacional lensing de los qu√°sares junto a las galaxias de primer plano. Esta se√Īal es mucho m√°s peque√Īa que el one esper√≥ del modelo de Arp y cambia el signo dependiendo de la poblaci√≥n de qu√°sar. Cuando los investigadores de SDSS hicieron la medici√≥n, los resultados se ajustaban a la expectativa de TBB a una trascendencia estad√≠stica alta. Mayor cantidad en la que el detalle puede ser encontrado Este art√≠culo Y Esta discusi√≥n.

I) Tifft

Otra cifra popular entre las personas que cuetionan el TBB es William Tifft. Su motivo de fama es tambi√©n sobre redshift. En contraste con Arp, no revis√≥ las correlaciones entre objetos diferentes. Bastante, afirm√≥ haber descubierto una estructura peri√≥dica en los redshifts: redshifts no pueden tener valor arbitrario, pero son "Quantized". Por lo tanto,, would solamente esperar medir redshifts en los m√ļltiplos de entero de el un poco de valor fundamental; ¬Ņusted ve? Tifft (1997) Para una evaluaci√≥n. De la misma manera que el reclamo de Arp, esto pondr√≠a en mucha sospecha sobre la interpretaci√≥n tradicional de redshift. De la misma manera que Arp, Tifft tiene his share of partidarios, incluyendo a algunos creacionistas. Los reclamos de Tifft aparecen en el art√≠culo de Barry Setterfield on El vac√≠o la velocidad ligera, y el redshift.

Desafortunadamente para el reclamo de Tifft, la balanza de quantization para redshifts ha continuado shrink cuando más datos se han puesto disponibles. El valor inicial era 72.46 km / s. que las observaciones adicionales trajeron esto down a 36.2 km / s, a 8.05 km / s y a definitivamente 2.68 km / s. adaptado contra la velocidad de la luz, esto indica un quantization en z de roughly 0.00001, que son ligeramente más arriba (o ni siquiera abajo) la precisión para muchas mediciones de redshifts comunes.

La explicaci√≥n m√°s probable para las mediciones originales de Tifft es la presencia de la estructura a gran escala. Las galaxias no son distribuidas al azar en todo el universo. En vez est√°n agrupados en los grupos, "Paredes" y "Filamentos" gracias a su atracci√≥n gravitacional mutua. Igual, este se agrupar da lugar a los vac√≠os grandes entre estas estructuras. Si uno fuera mirar solamente en un rayo angosto largo a trav√©s de esta estructura (un "L√°piz - viga" - de encuesta que - como ser hecho para gran parte del redshift temprano cataloga), uno esperar√≠a ver un poco de "Quantization" como una reliquia de esta interacci√≥n gravitacional naturalmente. Cuando astr√≥nomos pod√≠an usar una muestra mucho m√°s grande y m√°s amplia de redshifts de galaxia, de la misma manera que el encuesta de galaxia de 2dF, No descubrieron pruebas del quantization de Tifft (Hawkins 2002). Algunos partidarios de Tifft objetaron que el estudio mir√≥ qu√°sares en lugar de galaxias (cercanas), pero esa queja mira - un poco extra√Īo despu√©s de todo, si redshift es quantized, debe ser quantized por todos lados, not just en nuestro "Vecindario".

4) modelos de cosmological alternativos

Antes de ahondar en las opciones, debe ser hecho hincapi√© en que ninguna opci√≥n a TBB haber sido creado que puede explicar la extensi√≥n llena de las observaciones cubierta por el TBB en curso. Este no es para decir que tal modelo es imposible, simplemente que tiene que ser encontrado. En todos los casos hablados de abajo, alg√ļn subconjunto de los datos en curso es hacer caso omiso de o desviar en alguna manera (por ejemplo la afirmaci√≥n de que los datos no son cosmological, pero solamente debido a some desde los efectos locales a√ļn undescribeds).

Nuestro propósito en esta sección no es desacreditar cada uno de estos modelos concluyentemente (a menudo es decir una pregunta frecuente en sí). Bastante simplemente describiremos cada modelo y mostrador asociado - las peleas brevemente y proveeremos punteros para las discusiones más detalladas.

A) Estado estacionario y estado cuasi - estacionario.

En 1948, H Bondi, T Gold, Y F. Hoyle Desarrolló el modelo estatal regular como una alternativa al Lemaitre - Friedman modelo décadas descritas de gran explosión antes. Este modelo sostuvo que el principio de cosmological era legítimo no sólo para el espacio sino también por el tiempo en que - - el universo había mirado siempre y aparentará el same como hoy siempre. Este modelo aceptó la noción de un spacetime se dilatando (efectivamente la expansión era exponencial), pero el densidad de tema fue mantenido en un nivel constante por la creación ininterrumpida del tema. Más lejos, el densidad de tema era igual al valor crítico necessary guardar la configuración del espacio plana.

At the time, este modelo era una alternativa viable a TBB estandar. Era consecuente con los datos disponible at the time y explicó algunos asuntos con la fotografía usual que seem ser problemático. Observaciones sin embargo, siguientes como el abundancia de elemento de luz Y el Descubrimiento dla RFMC Ponga en la duda seria sobre la validez del modelo estatal regular. En este momento, la mayoría de los cosmólogos abandonaron a este modelo en provecho de TBB.

Impávido, Hoyle (al mismo tiempo que Burbidge y Narlikar) actualizó el modelo estatal regular en 1993, nombrando la extensión el cuasi - el modelo estatal regular. Como con el modelo estatal regular, el universo ha existido siempre. Sin embargo, en esta modificación, el universo pasa por las pulsaciones, creciendo por otra parte y se contrayendo. La "Energía" al final de cada escenario se desplomando es causada por un campo con la densidad de energía negativa, algo análogo a la energía oscura en el TBB estandar. Esto permite que el modelo se constituya en sociedad más de las pruebas de observación que la versión previa, pero falla en varios puntos, incluyendo la expansión acelerada desde entonces detectar. Para más detalles, vea la página de Ned Wright onLos errores en el estado federal regular y Quasi - modelos de la SS.

B) MOND

MOND es breve porque "La modificaci√≥n de din√°mica de Newtonian". La idea fundamental detr√°s de MOND proviene de la discrepancia entre la cantidad y la distribuci√≥n del tema inferido de la luz visible en galaxias en espiral y eso dada revisando las velocidades de estrellas en esas galaxias. El padr√≥n la interpretaci√≥n de estes datos es que las galaxias contienen Material oscuro. MOND explica estes datos cambiando la manera que la gravedad funciona. Proponer por Milgrom (Milgrom 1983), MOND dice que por distancias grandes (fuerza peque√Īa), la ley de la gravedad de Newton no es m√°s eficaz, pero tiene que ser modificado esencialmente. Usando ese enfoque, es efectivamente posible explicar que la rotaci√≥n se curva de galaxias cuantitativamente.

Mientras MOND explica que la rotaci√≥n se curva de galaxias en espiral, √©stos est√°n lejos de las √ļnicas pruebas de material oscuro. Como detallamos antes, Hay una gran variedad de pruebas para material oscuro, no todo √©l relacionado con las medidas din√°micas como la rotaci√≥n se curva (por ejemplo lensing gravitacional, donde la desviaci√≥n de la luz en gr es dos veces eso pronosticada por din√°mica de Newtonian y MOND). Est√° claro en absoluto si MOND tampoco puede explicar todas estas observaciones constantemente (¬Ņusted ve? Aguirre 2001 O Sanders 2002). M√°s espec√≠ficamente, las observaciones de 2002 con el Chandra X - Observatory de rayo Descubri√≥ m√°s prueba directa contra MOND. El X caliente - el gas rayo emitir alrededor del 720 de NGC de galaxia moldea una nube de ellipsoidal. Esto, por turno, requiere un ellipsoidal potencial gravitacional bien. Mientras esto es posible con el tema oscuro, la balanza de aceleraci√≥n uniforme de MOND resulta en un potencial gravitacional esf√©rico inmediatamente bien.

De una punto de vista de teor√≠a, hay algunos problemas tambi√©n. B√°sicamente, MOND es una modificaci√≥n ad hoc a una por lo dem√°s bien teor√≠a sportada por - de la naturaleza. Este tipo de enfoque puede ser apropiado para la base de phenomenological para un experimento especial o las observaciones, pero, en el caso general, no hay raz√≥n para √©l(ella/eso) trabajar. Un buen ejemplo es que mientras esta formulaci√≥n trabaja en galaxias en espiral, donde hay se√Īa coherente de objetos masivos peque√Īos alrededor de un mont√≥n grande y centralmente concentrado muy bien, falla completamente para cajas donde las balanzas masivas son mayor cantidad igualadas, por ej. las galaxias en un grupo. ¬ŅLas distancias est√°n entre galaxias grandes o peque√Īo en comparaci√≥n con la balanza de MOND? ¬ŅDe qu√© punto definimos la distancia y la aceleraci√≥n? Con este tipo de discapacidad, hacer MOND en una teor√≠a completamente relativista ha prove sumamente dif√≠cil.

Recientemente, Bekenstein propuso una nueva teor√≠a para la que (esencialmente una extensi√≥n de gr) que pod√≠a vencer varios de los problemas de Milgrom's trabajaba de modelo MOND (Bekenstein 2004), Pero no est√° todav√≠a no claro cu√°n bien puede abordar las pruebas disponibles. El trabajo todav√≠a est√° en marcha, pero hay una discusi√≥n breve en el art√≠culo¬ŅEinstein era equivocado? En el Universo rid√≠culo Blog. Hasta que el modelo propuesto por Bekenstein es analizado m√°s totalmente, MOND se queda principalmente un ejercicio te√≥rico en c√≥mo lejos uno puede empujar opciones a gr mientras todav√≠a se quedar compatible con los datos globales fij√≥ (tanto pruebas de cosmological tanto como pruebas de gramos dentro de nuestro sistema solar y galaxia).

C) luz cansada

Esto no es un modelo solo, but un término de colectividad para las ideas varias que intenta explicar el redshift observado vía mecanismos aparte de la expansión de cosmological. Hay a variety of enfoques, pero todos tratan de mostrar que la luz pierde la energía in one way or another naturalmente cuando viaja sobre las distancias largas.

En contraste con MOND, que genera el examen de revista ocasional, los modelos ligeros cansados no tienen apoyo esencialmente entre cosm√≥logos profesionales. Esto es principalmente atribuible a la raz√≥n de que tenemos muchas pruebas disponible mostrando que el universo se dilata efectivamente, seguir a los pron√≥sticos de gr, haciendo una explicaci√≥n alternativa del redshift de cosmological en gran parte irrelevante. Peebles se dirigen a muchas de las observaciones contradecir la luz cansada en su texto de cosmolog√≠a, Incluyendo, para el ejemplo, el Prueba de Tolman. Las pruebas coleccionado desde que ese texto fue escrito, desean el Dilataci√≥n de tiempo De curvas de luz de supernovas y el cambio del Temperatura de RFMC Con redshift, solamente a√Īade a la caja contra la luz cansada. Ned Wright tambi√©n tiene una pregunta frecuente espec√≠fica Refutar cans√≥ la luz.

D) cosmología de plasma

En 1991, Eric Lerner no public√≥ el libro que la gran explosi√≥n nunca ocurri√≥, en que asever√≥ algunos problemas con el TBB estandar y promovi√≥ una teor√≠a alternativa, bas√≥ en f√≠sica de plasma. De acuerdo con ese modelo, el universo es infinitamente viejo y pasa por los ciclos (similar al cuasi - novio - teor√≠a estatal de Hoyle et al.., ¬Ņusted ve? 4a). En cosmolog√≠a de plasma, el electromagnetismo es la fuerza dominante para galaxia y formaci√≥n de estructura a gran escala, en vez de la gravedad.

Las peleas en contra del TBB de Lerner caen well short de convincente. Afirma que las ideas en curso de la estructura de que la formaci√≥n (las fluctuaciones de densidad peque√Īas crecen a trav√©s de las interacciones gravitacionales con su ambiente local) no puede explicar el - grande observar adaptan la estructura del universo. Este hace caso omiso de las simulaciones de computadora que demuestran la habilidad de este mecanismo generar la estructura que se ajusta a los comentarios estad√≠sticamente convenientemente (ver 2f). Tambi√©n niega la existencia de material oscuro y la energ√≠a oscura, repitiendo como un loro la l√≠nea de que √©stos son epicycles a√Īadido a la teor√≠a cuando dej√≥ de satisfacer las expectativas. Esto no es evidentemente verdadero para cualquiera Material oscuro O Energ√≠a oscura. Tambi√©n asevera que los valores para la cantidad de material oscuro est√°n en el cambio continuo constante. Este hace caso omiso del hecho de que las mediciones tempranas ten√≠an barras de error relativamente grandes debido a los tama√Īos de muestra peque√Īos. Cuando los datos disponibles han aumentado y la precisi√≥n mejor√≥, los valores de a variety of m√©todos han Convergi√≥ bien. Lerner tambi√©n se√Īala que el tema oscuro tiene que ser detectado directamente sobre Tierra, haciendo caso omiso del hecho de que los aceleradores de part√≠culases y otros m√©todos de detecci√≥n directos no han conseguido las energ√≠as o las susceptibilidad todav√≠a no pensar necesario para una detecci√≥n segura otra vez. La lista se va on y on.

Al mismo tiempo, los reclamos sobre la habilidad del modelo de cosmología de plasma de Lerner de describir las observaciones correctamente son sólo equivocados. Ned Wright ha escrito una refutación de muchas de las peleas de Lerner, cuál poder ser encontrado sobre los page Errors hacia dentro el "La gran explosión nunca ocurrió". No está no siempre directamente sobre punto, pero contiene la lo suficientemente información hacerlo claro que las peleas de Lerner son sólo infundadas. Lerner ha respondido la crítica de Wright, Pero sus peleas no mejoraron - de - y sólo hace caso omiso de varios de las peleas de Wright.

De la misma manera que muchos creacionistas, Lerner tambi√©n tiene una mala costumbre de citar art√≠culos cient√≠ficos a favor de su caja cuando, a decir verdad, corren contrario a sus reclamos en realidad. Un ejemplo bonito para esto es el art√≠culo por Scranton et al (2003) Que descubri√≥ pruebas para la existencia de la energ√≠a oscura midiendo el Elimin√≥ la segregaci√≥n de Sachs - Wolfe Efecto. Lerner hace caso omiso de las conclusiones del papel, afirmando que demuestra un desacuerdo entre TBB y los comentarios. Las mediciones de ISW son efectivamente inconsistentes con un bemol, el tema - solamente universo, pero combinan con lo que ser√≠a esperado del universo de CDM de Lambda muy bien. Efectivamente, esta medici√≥n era un cheque importante que diferenciaba entre los dos modelos. Lerner juega a un partido similar con los pron√≥sticos respecto a los tama√Īos de los vac√≠os en la estructura de balanza grande local. √Čstos son predichos ser mucho m√°s grande para un universo de CDM de Lambda que un tema - solamente universo y Lerner se√Īala al √ļltimo como estando en el conflicto con los datos mientras ignorar que el antiguo combina muy bien.

E) Humphreys

También hay creacionistas que trataron de reemplazar el TBB con sus propios modelos, más prominente entre otros beingDr. Russell Humphreys. Su modelo, contenido en su libro La luz de las estrelllas y Time, son aprobada por algunas creacionista organizaciones, incluyendo el Instituto para investigación de creación Y Responde en Genesis - Tan a pesar del hecho de que era extensamente discutible incluso entre creacionistas y que los editores de las actas de conferencia para la conferencia internacional sobre el creacionismo en 1994 llegaron a la conclusión de que era defectuoso aparentemente (ver el artículo El estado en curso de astronomía de creación Publicar por el ICR, hacia el final).

El punto principal del modelo de Humphreys es el abandono del principio de cosmological. En vez, propone que el universo no sea uniforme, pero tiene la forma de una esfera bastante con un radio finito. En el modelo, el universo nació de un punto solo en el centro del círculo. En efecto, el modelo de Humphrey trae to life muchas de las falsas ideas comunes sobre qué en realidad dice del origen del universo TBB.

Humphreys trata de aplicar gr al distribuci√≥n de tema dar como resultado, afirmando que la dilataci√≥n de tiempo gravitacional causar√° que el tiempo pase m√°s r√°pido el m√°s distante uno es del centro. Si uno postula que la tierra est√° muy cerca del centro del universo, Humphreys afirma que esto resuelve un problema principal para creacionistas de tierra j√≥venes: c√≥mo resolver las pruebas para un universo antiguo con su demanda que la tierra fue creada dentro de lo pasado 10,000 a√Īos (give or take).

Humphreys hace un modelo del centro del universo como un "Hoyo blanco", el contrario de un agujero negro (en lugar del tema que circula hacia el interior solamente, un hoyo blanco emite el tema y la energ√≠a constantemente). Deja de explicar por qu√© ese agujero blanco no parece existir m√°s (notar√≠amos el X sumamente fuerte - el cambio continuo de rayo, si nada m√°s), pero eso est√° lejos del √ļnico problema con el modelo. En particular, Humphreys destroza el trato de gramos usual gravemente para la dilataci√≥n de tiempo gravitacional: in order por el tiempo pasar m√°s r√°pidamente lejos de la tierra, necesitar√≠amos estar cerca de un agujero negro, no un hoyo blanco. Humphreys trat√≥ de salvar su modelo alegando una dilataci√≥n de tiempo despu√©s dentro del agujero blanco, pero esto era equitativamente inviable. Se da por entendido que su modelo deja de explicar unas vastas array of observaciones de cosmological, por ej. la existencia dla RFMC y su anisotropy, dilataci√≥n de tiempo de supernovas, la abundancia de elemento de luz, etc√©tera.

Cuando mencionamos m√°s temprano que el modelo de Humphreys ha sido el tema de mucha cr√≠tica dentro de los creacionista rangos, particularmente de las creacionista razones de la organizaci√≥n de tierra viejas de creer; Vea su art√≠culoEl desentra√Īar de la luz de las estrelllas y Time. Las otras peleas valiosas del creacionista equipo de la cerca pueden ser encontrado en los art√≠culosLa luz de las estrelllas y Time son la gran explosi√≥n Y Errores en el modelo de cosmological de Humphreys. M√°s cr√≠ticas de Humphreys ' modelo, y el suyo en los que las r√©plicas a eso, son coleccionadas Russell Humphreys responde a cr√≠ticos varios.

F) peque√Īa aristocracia

Otro creacionista que trató de desarrollar un modelo alternativo es Dr. R Gentry (por lo demás bien - conocido para su "Halo de polonium" las peleas Para una creación reciente). Su modelo y los intentos a los que relacionarlo entonces/luego - las observaciones en curso son contenidos en dos artículos principalmente: Una nueva interpretación de Redshift Y El Rosetta cósmico genuino.

Como con el modelo de Humphreys, la peque√Īa aristocracia postula un universo esf√©rico con la tierra cerca del centro. De acuerdo con peque√Īa aristocracia, el universo no se dilata, pero la energ√≠a oscura dentro del universo resulta en un movimiento verdadero y f√≠sico de galaxias fuera del centro del universo (y por lo tanto bruscamente Hubble - la distancia semejante - la relaci√≥n de redshift). Para generar la RFMC, rodea el universo con una concha fina y opaca de hidr√≥geno. De la misma manera que Humphreys, el modelo de peque√Īa aristocracia es interiormente inconsecuente adem√°s de estar en el conflicto serio con gr y mucho las pruebas de observaci√≥n. Una refutaci√≥n m√°s detallada del modelo de peque√Īa aristocracia puede ser encontrado en Carlip & Scranton (1998)Y la charla.Pregunta frecuente de or√≠genesDesacreditar el nuevo cosmolog√≠a de interpretaci√≥n de Redshift de peque√Īa aristocracia de Robert. Aunque estos art√≠culos son ahora algunos a√Īos los m√°s comentarios viejos, recientes han hecho nada de mejorar el f√≥sforo al modelo de peque√Īa aristocracia.

5) cuestiones sin resolver

A) el origen del universo

Como deber estar claro ya, TBB no es sobre el origen del universo, but bastante su desarrollo con el tiempo. ¬°Los creacionistas retratan esto como un defecto, argumentando que, si la ciencia no puede explicar el origen, sigue que el universo fue creado a menudo! Este mordi√≥ de la l√≥gica defectuosa a un lado, el origen final del universo se queda un tema de sobre - investigaci√≥n te√≥rica se yendo, tanto del punto de vista de encontrar modelos cu√°l poder explicar las pruebas en curso como generar los pron√≥sticos √ļnicos de estos modelos para las futuras observaciones tambi√©n. Por el momento, la mayor√≠a de estos modelos se quedan muy especulativos, pero es √ļtil constituir algunas de las posibilidades en curso, particularmente teniendo en cuenta el nombre del archivo.

  • Una de las opciones m√°s populares es la "Inflaci√≥n ca√≥tica", primero descrita por Linde en 1983. Esto es similar al gui√≥n inflacionario propuesto por Guth (¬Ņusted ve? Abajo) Pero, en lugar de ocurrir dentro de nuestro universo, la inflaci√≥n contin√ļa con universos peque√Īos indefinidamente "Echando brotes saliendo" de la regi√≥n aumentando principal. Estos" universos de "Burbuja" son spacetimes distintos a s√≠, causalmente inconexo de s√≠ debido a las distancias inmensas hechas posible por la regi√≥n de inflaci√≥n de manera exponencial se dilatando. Para m√°s detalle ¬Ņusted ve?Una burbuja se inflando en la inflaci√≥n ca√≥tica O la secci√≥n relevante hacia dentroInflaci√≥n para principiantes.
  • Este modelo resuelve el "Lo que era antes la gran explosi√≥n?" Haga preguntas en una manera similar como el problema de regresi√≥n infinito. Nuestro universo fue creado por un evento de inflaci√≥n en alg√ļn otro universo a alguna vez arbitraria en el pasado infinito. Whether or not esto es satisfactorio ser left decidir al lector.
  • Teor√≠a de cordel Tambi√©n proponer algunas soluciones. Una de las ideas actualmente en estudio es la posibilidad de que, antes de la gran explosi√≥n, existir algo como un "Reflejo opuesto" de nuestro universo. Nuestro universo start out (casi) infinitamente denso y caluroso y continuar√° infinitamente en el futuro, se reduciendo y enfriando m√°s y m√°s (probablemente). Este era precedido de un universo que era esencialmente lo mismo, pero with la coordenada de tiempo invertida. El "Crujido grande" al final de ese universo cre√≥ nuestro universo en curso entonces/luego.
  • Otro Theory inspirado modelo de cordel es el "Ekpyrotic" o el universo "C√≠clico" Por P Steinhardt, desarrollar en 2002. Propone que el espacio y el tiempo existieran para siempre en el pasado y que el universo pasa por una secuencia interminable de los ciclos. Pasa por un momento decisivo grande peri√≥dicamente, followed by una gran explosi√≥n, con billones de a√Īos in between d√© golpes each y cruja. A ninguna vez en el ciclo la densidad o la temperatura alguna vez se ponen infinitos. Estas fluctuaciones ocurren porque nuestro universo es se arraigado en en un espacio dimensional superior en realidad al mismo tiempo que universos other such. Estos universos se dilatan por separado de acuerdo con gr, only to pasar por un momento decisivo cuando se acercan a s√≠ en este espacio dimensional alto. Cuando estos universos chocan y se separan, pasan por un golpe y repiten el proceso.

    Como con cualquier nueva idea, el modelo de Steinhardt ha pasado por mucha crítica de otros cosmólogos. Ha respondido A muchas de estas críticas, apuntar eso muchos de los problemas supuestos estaban admitiendo que todavía hay muchos asuntos sin resolver left explicar sobre la base de los malentendidos, pero también.

Las second and third ideas son explicadas en m√°s detalle en el mito de articleThe de Scientific American del principio de Time. Este art√≠culo tambi√©n tiene cuidado para se√Īalar que aunque estas ideas son principalmente te√≥ricas por el momento, sin embargo hay maneras de evaluarlos en realidad. En particular, estos tres modelos (la inflaci√≥n ca√≥tica, el universo de espejo, o el universo c√≠clico) hacen los pron√≥sticos √ļnicos each para las propiedades estad√≠sticas dla RFMC. Tan bueno como es, los datos disponibles de la investigaci√≥n de WMAP no son sufficient hacer una determinaci√≥n a√ļn respecto a cu√°l de de √©stos tres modelos ser correcto (o si ostra cosa ser√° necesitada). Sin embargo, los sucesores para WMAP (ambos frenan misiones - basadas en y elSat√©lite de Planck) Estar ya estando desarrollado, asi que los siguientes a√Īos podr√≠an perdiendo m√°s luz sobre esta pregunta.

B) plano y horizonte

Ya era conocido en the 1970s que la densidad de nuestro universo estaba relativamente cerca a la densidad cr√≠tica (las mediciones en curso lo pusieron alrededor de 30 % de la densidad cr√≠tica). A primera vista, esto no puede parecer ser uno - del problema - el tema que la densidad tiene para ser algo as√≠ que ning√ļn valor parecer√≠a equitativamente v√°lido. Sin embargo la densidad tan mal misma no es est√°tico, el valor de la densidad cr√≠tica tambi√©n cambia con el tiempo. En particular, si la proporci√≥n del densidad de tema para la densidad cr√≠tica es less que uni√≥n (un universo abierto), entonces/luego cuando el tiempo pasa esa proporci√≥n se pondr√° m√°s peque√Īa y m√°s peque√Īa. El contrario es verdad para un universo cerrado; en lugar de asymptoting al cero, la proporci√≥n se bifurca. Por lo tanto, si la densidad del universo est√° actualmente cerca a la uni√≥n, entonces/luego debe haber estado parejo m√°s de cerca antes en la historia del universo. Y el m√°s atr√°s a tiempo uno parec√≠a, el m√°s cerca de la uni√≥n debe haber sido.

Mientras esto no es un conflicto explícito entre los datos y teoría per se (no hay nada en TBB que determina el valor inicial del densidad de tema), la coincidencia parecía uno - afinar "Fino maravilloso" a muchos cosmólogos. Ya que la proporción de la densidad verdadera para la densidad crítica condiciona la curvatura del universo, y un acuerdo entre ambos valores quiere decir que el universo es plano, como el que esto se puso conocido el "Problema de plano" En cosmología.

Al mismo tiempo, las mediciones dla RFMC estaban mostrando que la temperatura sobre el cielo era muy uniforme. Mientras los cosm√≥logos esperaban que la temperatura fuera bruscamente lo mismo por todos lados, el grado de la uniformidad era preocupante. In order para dos puntos en el universo tener la misma temperatura, tuvieron que poder cambiar fotones. Debido a que los fotones se desplazan en una velocidad finita y el universo tiene una edad finita, este pone un l√≠mite superior (el horizonte) sobre el tama√Īo de una regi√≥n que puede ser esperado estar en la misma temperatura en cualquier punto en particular en la historia del universo. Debido a que sab√≠an el redshift dla RFMC (y por lo tanto la √©poca cuando fue emitido), cosm√≥logos no esperaban que regiones m√°s grandes que aproximadamente 300,000 a√Īo luz tuvieran la misma temperatura. En vez, vieron regiones sobre el cielo que habr√≠a sido muchos, muchos mill√≥n s a√Īo luzs fuera de s√≠ cuando la RFMC se form√≥ que estaban en el equilibrio t√©rmico aparentemente. Esto se puso conocido como el "Problema de horizonte". Como con el problema de plano, √©sta no es una teor√≠a - el problema terminando, but bastante una coincidencia evidente que parec√≠a sospechosa.

En 1981, Guth propuso una soluci√≥n posible a ambos de estos problemas (y otros) - - una hip√≥tesis que es en la actualidad conocido como la inflaci√≥n (Guth 1981). La idea b√°sica es que, a una vez muy temprana en la historia del universo, la expansi√≥n del universo no estaba disminuyendo la velocidad, pero se acelerando en uno rate exponencial (recuerde que la expansi√≥n del universo no es limitada por la velocidad de la luz mientras que los objetos m√≥viles dentro del universo lo son) en vez. Con este tipo de la expansi√≥n impulsar √©l, las regiones que eran originalmente mucho m√°s peque√Īo que el horizonte would ser r√°pidamente se extend√≠an al tama√Īo enorme mientras manten√≠an su equilibrio t√©rmico inicial. Adem√°s, esta expansi√≥n r√°pida impulsar√≠a la curvatura de la regi√≥n aumentando al cero, resultando en una densidad sumamente cerca de manera exponencial to el cr√≠tico valora su valor inicial pase lo que pase.

Para más detalles sobre esto, vea la inflación de onCosmic de artículo de Wikipedia. Debemos reiterar el hecho de que mientras que fue propuesto como una solución para el plano y los horizonte "Problemas", la inflación hace varios otros pronósticos cuantitativos aquí (en particular lo shape del Espectro de potencia de anisotropy de RFMC) Que haber sido confirmado por las observaciones.

C) el tema - asimetría de antimateria

En el universo muy temprano, spacetime estaba lleno de una "Sopa" muy caliente que constaba del tema partículas e partículas de interacción (quarks, electrones, positrones, fotones, gluons, neutrinos, etcétera). Material y partículas de antimateria fueron creado constantemente de fotones, gluons, etcétera, y desaparecieron otra vez en breve de allí en adelante. Solamente después de que el universo se enfrió y se redujo para el material y lo antimateria partículas sobrevivir y evitar aniquilar a sí inmediatamente ser posible.

Herein un problema muy importante se ocultar: de acuerdo con teoría de campo de cuanto, si todas estas reacciones ocurrieran en el equilibrio térmico las cantidades exactamente iguales del tema y partículas de antimateria deben haber sido causado por este proceso. Pero cuando observamos en nuestro universo, encontramos el solamente el tema y ¡prácticamente ninguna antimateria! Este problema se puso conocido como el "Tema - asimetría de antimateria" en cosmología.

Para solucionar este problema, necesitamos alguna manera de la asimetría entre el tema y antimateria. En 1967, Sakharov apuntó eso para generar tal asimetría, las reacciones tuvieron que ocurrir (por lo menos en parte) en un equilibrio non - térmico. Adicionalmente, el así que - llamado que "Simetría de CP" de física de partículas tenía para ser infringido (i.e. material y antimateria tuvieron que funcionar ligeramente de manera diferente, contrario al lo lo que teoría de campo de cuanto dijo at the time) y que "La cantidad de baryon" no podía ser ahorrado (1967 de Sakharov).

Mientras este da una idea general de qu√© tener que ocurrir, no es una soluci√≥n en s√≠. Las soluciones modernas para este problema dependen on el as√≠ que - called la "Simetr√≠a de electroweak que se rompe": en las temperaturas suficientemente altas como √©sos encontrados en el universo temprano, la fuerza electromagn√©tica y la fuerza d√©bil son esencialmente indistinguibles, se uniendo en una fuerza sola. Cuando el universo se enfri√≥ (debajo de una fiebre de aproximadamente 1015 Kelvin y despu√©s de una vez de aproximadamente 0.1 billon√©simo de un segundo), esta fuerza se separ√≥ en la fuerza distinta que ve√≠amos hoy. Este "Transici√≥n de fase" result√≥, por lo menos a nivel local, en el equilibrio non - t√©rmico requerido. La infracci√≥n de la simetr√≠a de CP es convertida en la teor√≠a de electroweak naturalmente, y en la temperatura alta el modelo usual de f√≠sica de part√≠culas tambi√©n admite la protecci√≥n del medio ambiente non - del n√ļmero de baryon.

No todos los detalles son limpiados a√ļn (por ejemplo, no est√° todav√≠a no claro si tales modelos pueden explicar la asimetr√≠a observada en un nivel cuantitativo), pero mayor√≠a de la que los f√≠sicos de part√≠cula y cosm√≥logos hoy son confident que esto es el camino correcto, y el problema el tema - asimetr√≠a de antimateria ser√° solucionado satisfactoriamente pronto.

D) "Small" - la estructura de balanza.

Cuando hemos dicho antes teor√≠a de cosmological en curso seem trabajar muy bien sobre balanzas muy grandes. Esto parece ser el caso de las balanzas m√°s grandes que podemos revisar en el universo all the way down al tama√Īo de grupos de galaxia de regular tama√Īo. Sin embargo, cuando extrapolamos la teor√≠a en curso debajo de esas balanzas, no est√° claro que se ajusta a los comentarios totalmente.

El primer punto de datos importante en esta √°rea vino del Hubble Space Telescope, en el primero Hubble Deep Field. Este data set fue hecho enfocando a Hubble en una correcci√≥n relativa y escasamente poblada de cielo y parecer ms profundo que los astr√≥nomos alguna vez ten√≠an antes. Sorprendentemente, astr√≥nomos descubrieron que, incluso en estos redshifts muy altos corresponder a un punto muy temprano en la edad del universo, galaxias ser descubiertos que ya parec√≠a "Maduro". En otras palabras, aparecieron casi tan enormes como las galaxias que vemos hoy y ya hab√≠an desarrollado estructuras sub - como los brazos en espiral que see en galaxias como Andromeda. Este art√≠culo de ESO Provee some en el que el detalle; mayor cantidad puede ser encontrado Cimatti (2004). Es cierto, las estrellas que comprend√≠an estas galaxias aparecieron muy j√≥venes y no en conflicto con su edad de acuerdo con teor√≠a usual, pero la presencia de galaxias que ya hab√≠a se ido a trav√©s de un poco de descanso din√°mico considerable era something of a sorpresa. Por supuesto, las observaciones de campo hondas no son la √ļnica obtenci√≥n de im√°genes honda que tenemos. Las observaciones m√°s nuevas con Hubble Ultra campo hondo Sugera que la mayor√≠a de las galaxias en el universo fueran efectivamente peque√Īos en ese momento y madure no completamente. Esto puede querer decir que lo que Cimatti y otros han visto era simplemente outliers estad√≠sticos, pero mayor cantidad a la que los datos son necesitado lo sabe con certeza.

En el alcance m√°s ancho, formaci√≥n de galaxia se queda un tema muy dif√≠cil dentro de cosmolog√≠a. Como con la estructura a gran escala, la herramienta te√≥rica principal para comprender el proceso es la simulaci√≥n de computadora. Para sin embargo, hacer un modelo de una galaxia con exactitud, uno tiene que comprender c√≥mo las arreglarse con baryons. A diferencia del tema oscuro, que interact√ļa solamente v√≠a la gravedad, baryons dan la luz, moldear estrellas, estallar en supernovas, etc√©tera. Obviamente, una simulaci√≥n contener una galaxia lo suficientemente grande no va a poder simular la formaci√≥n de una estrella sola con exactitud. Como m√°ximo, una simulaci√≥n tendr√° uno mil millones part√≠culas, queriendo decir que cada part√≠cula representar√° estrellas de unos cuantos miles. Esto quiere decir que procesos como formaci√≥n sobresaliente y evoluci√≥n tienen que ser tratados con v√≠a alguna manera de la receta ad hoc, afinado para ajustarse a los comentarios. No es obviamente la mejor de las situaci√≥n, pero hay buena oferta que podemos aprender del proceso y el progreso est√° estando hecho.

Adem√°s del din√°mica de galaxia de - de intra, tambi√©n hay el tan - llamar "El problema de sat√©lite." Las galaxias grandes, de la misma manera que nuestro Milky Way, son giradas alrededor de por galaxias irregulares m√°s peque√Īas t√≠picamente, de la misma manera que las nubes de Magellanic. Estos tipos de galaxias tambi√©n aparecen en las simulaciones de computadora alrededor de galaxias m√°s grandes. Sin embargo, en lugar de las docenas or so que podemos observar girar alrededor de nuestra galaxia, las simulaciones pronosticar√≠an a cerrador a 50. Como Este art√≠culo Indicar, all√≠ ser las soluciones posibles a este problema (principalmente comprender whether or not el gas en estas galaxias m√°s peque√Īas moldear√° estrellas o se queda oscuro), excepto los jurados todav√≠a estar resplandeciente.

En resumen: a pesar de que TBB trabaja bien sobre balanzas grandes (grupos de galaxia la estructura a gran escala, el universo como un todo), algunas observaciones en balanzas m√°s peque√Īas se quedan desconcertantes. No est√° todav√≠a no claro si estas preguntas ser√°n limpiadas mejorando nuestra habilidad de simular estas balanzas o si la teor√≠a necesitar√° las revisiones (menor o muy importante).

6) resumen y punto de vista

Resumen:

  • La teor√≠a de la gran explosi√≥n es una teor√≠a es muy probable evaluada. √Ē‚ÄĻ‚Äô datos, venir de desenfrenadamente diferente clases de observaciones (ver chapter 2) D√© una imagen interiormente consecuente de la geometr√≠a, la composici√≥n e historia del universo. El juego principal de los par√°metros que ordena que el comportamiento de teor√≠a haya sido determinado a una precisi√≥n de 10 % o mejor (que es extraordinario teniendo en cuenta las restricciones on hacer las observaciones) y todos de las mejores mediciones en curso est√°n de acuerdo dentro de su alcance del error con estos par√°metros.
  • Mientras las objeciones Y Modelos alternativos Exista, son tampoco f√°cilmente refutados por los datos o unable explicar el alcance lleno de los datos tan bien como la fotograf√≠a usual (y a veces tanto). Esto no para a defensores de estas ideas de atacar TBB, pero es more than suficiente convencer la mayor√≠a abrumadora de la comunidad de cosmological de la solidez b√°sica del modelo.
  • Cuando con cualquier teor√≠a cient√≠fica, todav√≠a hay asuntos Eso est√° parcialmente o totalmente sin resolver. √Čstos son puntos de investigaci√≥n continuada, y tantas observaciones adicionales como los avances en f√≠sica te√≥rica deben perder la luz sobre ellos in the coming years.

La √ļltima d√©cada ha visto el desarrollo del modelo de concordancias de cosmolog√≠a. La pr√≥xima d√©cada continuar√° este esfuerzo, explorando el las preguntas dar una idea general en Chapter 5 Adem√°s de buscar m√°s informaci√≥n sobre la naturaleza y la comportamiento de material oscuro y energ√≠a oscura. El trabajo sobre el equipo te√≥rico de cosas continuar√°, por supuesto; the following lista da un juego de enlaces a observaciones pr√≥ximas y a experimentos se concentrando en estos temas:

  • Telescopios infrarrojos como el James Webb Space telescopio Investigar el tiempo que, buscar las primeras estrellas y galaxias; en que tambi√©n ayudar√°n mejorar nuestras ideas sobre formaci√≥n de galaxia m√°s atr√°s.
  • El sat√©lite de Planck Medir la RFMC en m√°s grande que el sat√©lite de WMAP detalle (evaluando la inflaci√≥n, tender teor√≠a etc.).
  • Visi√≥nes generales de balanza de - grandes de distribuciones de galaxia y supernovas incrementar√°n nuestros conocimientos sobre la distribuci√≥n de material oscuro y proveer√°n las pistas sobre la naturaleza de la energ√≠a oscura; por ejemplo la telescopio de encuesta de Synoptic grande, La encuesta de energ√≠a oscura, Y el Supernova / investigaci√≥n de aceleraci√≥n.
  • Candidatos para material oscuro s√≠ probablemente (esperanzadamente?) Sea encontrado en aceleradores de part√≠culases como RHICO LHC.

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Agradecimientos

Me gustaría agradecer a Ned Wright, Ulf Torkelsson, Stuart A Weinstein, Martin Hutton, Edward Cooper, Jon Fleming, y Mark Isaak por la valiosa crítica y sugerencias.


Por Björn Feuerbacher y Ryan Scranton

© 2006 [ ]