horizonte cosmológico

Un horizonte cosmológico es uno de los dos límites en el espacio tridimensional: el horizonte de partículas o el horizonte de sucesos . El horizonte de partículas divide el espacio en aquellos puntos alcanzados por la luz que viaja hacia un observador desde aquellos puntos demasiado distantes para que la luz haya sido observada. El horizonte de partículas es el límite del universo observable . El horizonte de sucesos incluye todas las posibles observaciones futuras: los puntos fuera del horizonte de sucesos nunca pueden ser observados. El horizonte de sucesos es el límite de todos los universos observables futuros. ^{[ 1 ]} Estos límites son consecuencia de la relatividad general , la expansión del universo y la física de la cosmología del Big Bang .

horizonte de partículas

El horizonte de partículas, también llamado horizonte de partículas comóvil, ^{[ 2 ]} es la distancia máxima desde la cual la luz de las partículas podría haber viajado hasta el observador en la edad del universo . Representa el límite entre las regiones observables e inobservables del universo, por lo que su distancia en la época actual define el tamaño del universo observable. Cuando los cosmólogos dicen "horizonte", casi siempre se refieren al horizonte de partículas. ^{[ 3 ]}

En un universo vacío, homogéneo e isotrópico, la distancia propia al horizonte en el instante $t$ es $d_{H}(t)=R(t)\int _{0}^{t}{\frac {dt'}{R(t')}}$ donde $R$ es el factor de escala cosmológico con dimensiones de longitud. ^{[ 4 ]}^{: 36}

En términos de distancia comóvil, el horizonte de partículas es igual al tiempo conforme transcurrido desde el Big Bang, multiplicado por la velocidad de la luz. En general, el tiempo conforme en un momento dado se expresa en términos del factor de escala normalizado ^{[ 3 ]}^{: 75.} $a=R(t)/R(t=0)$ por, $\eta (t)=\int _{0}^{t}{\frac {dt'}{a(t')}}$

El horizonte de partículas es el límite entre dos regiones en un punto y un momento dado: una región definida por eventos que ya han sido observados por un observador, y la otra por eventos que no pueden observarse en ese momento . Representa la distancia más lejana desde la cual podemos recuperar información del pasado y, por lo tanto, define el universo observable. ^{[ 1 ]}

horizonte de sucesos

coordenadas comóviles — La evolución del universo y sus horizontes en distancias comóviles. El eje x representa la distancia, en miles de millones de años luz; el eje y, el tiempo, en miles de millones de años desde el Big Bang. Este modelo del universo incluye la energía oscura, que provoca una expansión acelerada a partir de cierto punto en el tiempo y da como resultado un horizonte de sucesos más allá del cual nunca podremos ver.

El horizonte de partículas difiere del horizonte de sucesos cósmicos en que el horizonte de partículas representa la mayor distancia comóvil desde la cual la luz podría haber alcanzado al observador en un momento determinado, mientras que el horizonte de sucesos cósmicos es la mayor distancia comóvil desde la cual la luz emitida ahora puede alcanzar al observador en el futuro. ^{[ 5 ]} La distancia actual a nuestro horizonte de sucesos cósmicos es de aproximadamente cinco gigaparsecs (16 mil millones de años luz) , muy por debajo de nuestro rango observable dado por el horizonte de partículas. ^[⁶^]

En general, la distancia adecuada al horizonte de sucesos en el tiempo $t$ está dado por ^{[ 7 ]} $d_{e}(t)=a(t)\int _{t}^{t_{\text{max}}}{\frac {cdt'}{a(t')}}$ dónde $t_{\text{máx}}$ es la coordenada temporal del final del universo, que sería infinita en el caso de un universo que se expande para siempre.

En nuestro caso, suponiendo que la energía oscura se debe a una constante cosmológica Λ , habrá un parámetro de Hubble mínimo H _e y un horizonte máximo d _e que a menudo se denomina horizonte de partículas único: $\max(d_{e})={\frac {c}{H_{e}}}=c{\sqrt {\frac {3}{\Lambda }}}={\frac {c}{{\sqrt {\Omega _{\Lambda }}}H_{0}}}=17.55\ {\textrm {Gly}}.$

Horizonte futuro

El modelo cosmológico actual de concordancia o Lambda-CDM se basa en un universo en expansión acelerada . Extrapolar este modelo a un futuro lejano predice un universo compuesto únicamente por nuestra Vía Láctea. La luz de galaxias distantes se desplazará tanto al rojo que se volverá invisible. Por lo tanto, la evidencia observacional para la cosmología, incluido el horizonte de partículas, será inverificable. ^{[ 8 ]}

Otros horizontes

Aunque técnicamente no son "horizontes" en el sentido de una imposibilidad para las observaciones debido a la relatividad o soluciones cosmológicas, existen horizontes prácticos que incluyen el horizonte óptico, establecido en la superficie de última dispersión . Esta es la distancia más lejana que cualquier fotón puede fluir libremente. ^{[ 2 ]} La esfera de Hubble también se llama "horizonte de fotones". ^{[ 9 ]}^{: 466} De manera similar, hay un "horizonte de neutrinos" establecido para la distancia más lejana que un neutrino puede fluir libremente y un horizonte de ondas gravitacionales en la distancia más lejana que las ondas gravitacionales pueden fluir libremente . Se predice que este último es una sonda directa del fin de la inflación cósmica .

Historia

La naturaleza de los horizontes cosmológicos fue aclarada por Wolfgang Rindler en 1956. Distinguió los eventos instantáneos, como una supernova, de las líneas de universo , una sucesión de eventos como la luz proveniente de un objeto duradero como una galaxia. El comportamiento de las líneas de universo se convirtió en la base para la división del universo observable del inobservable. ^{[ 9 ]}^{: 438}

Véase también

horizonte asesino

Referencias

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