El CMB y la evolución del Cosmos

El CMB y la evolución del Cosmos

¿Por qué se afirma que, a partir de las pequeñas variaciones de temperatura (del orden de 0.0001 Kelvin) descubiertas por el satélite COBE en el fondo cósmico de micro ondas (Cosmic Microwave Botom) se formaron, cientos de miles de años más tarde, quizás millones de años, las estructuras que hoy conocemos como galaxias y cúmulos de galaxias, cuando el propio CMB es una fotografía instantánea  del Universo cuando tenía unos 300000 a 500000 años de existencia? ¿Cómo deducir de una instantánea las causas de una evolución que, seguramente, tuvo muchos factores, o variables interviniendo para que se produjera? ¿No es un poco aventurado querer ligar ambas cosas? Más allá de que las ecuaciones puedan producir simulaciones computacionales cuya apariencia pueda ser similar a la que se nos muestra hoy en día al observar el Cosmos con instrumentos cada vez más complejos y precisos. Es cierto, por otro lado, que las analogías nos inducen a establecer esa línea de razonamiento, no obstante, tal vez la ligazón debamos esperar mucho tiempo aún, o si no mucho tiempo, sí mucho trabajo y observación, para que se nos muestre de forma más convincente. Encontrar el hilo conductor de la evolución del Universo, esto es encontrar el conjunto de ecuaciones que la modelan, es sin duda el objetivo.

Las ondas EM del CMB tienen 

 a

, 

siendo el máximo de intensidad de tales ondas en 

.

Esto significa que la frecuencia de las ondas del CMB es 

Esto corresponde a una energía de los fotones 

Esta energía corresponde a una temperatura de los fotones, a partir de la relación entre longitud de onda y temperatura, dada por la ley de Wien.

Usando la ley de Wien para la emisión de un cuerpo negro en equilibrio 

donde la constante de Wien 

Para el máximo de intensidad de radiación del CMB tendremos una temperatura

Para las emisiones en 

  tenemos una temperatura

La temperatura que se asigna al CMB es 

 , lo que significa que el máximo de intensidad de emisión del fondo cósmico de microondas es

.

En el caso de las ondas gravitatorias tienen longitudes de onda desde 1 cm hasta 10²⁶ metros, con lo que las energías involucradas están comprendidas entre 

y 

energías muy pequeñas para ser detectadas, lo que significa que los instrumentos de medida para hacerlo deben ser sumamente precisos y complejos, tal es el caso de LIGO y VIRGO. Estas pérdidas de energía en los fenómenos involucrados con la producción de ondas gravitacionales son insignificantes. De ahí, también, que las amplitudes de onda involucradas sean muy pequeñas, obviamente, dado que la energía 

  de una onda es proporcional al cuadrado de la amplitud

. 

y la densidad de energía 

mientras la densidad de materia 

  se mantiene constante, lo mismo que la frecuencia angular

  de las ondas, la densidad de energía

  de una onda es

donde

Los objetos que deberían emitir ondas de gravedad detectables de manera directa son objetos muy masivos sometidos a fuertes aceleraciones o cuerpos masivos no homogéneos rotando a gran velocidad. Se espera poder encontrar ondas gravitatorias producidas en fenómenos cataclísmicos como:

·                    La explosión de una supernova.

·                    La formación de un agujero negro.

·                    El choque de cuerpos masivos como estrellas de neutrones o la coalescencia de agujeros negros.

·                    La rotación de una estrella de neutrones heterogénea.

·                    Radiación gravitatoria remanente del Big Bang. Este último caso ofrecería datos únicos sobre la formación del Universo en el periodo anterior a la edad oscura del Universo en la que el Universo era opaco a la radiación electromagnética.

·                (Cualquier objeto con masa y aceleración produce ondas gravitatorias, dependerá de la precisión del equipo para poder cuantificarlas, actualmente solo hemos logrado captarlas con sucesos de una muy elevada energía).