Un horizonte cosmológico es una medida de la distancia desde la cual uno podría recuperar información. [1] Esta restricción observable se debe a varias propiedades de la relatividad general , el universo en expansión y la física de la cosmología del Big Bang . Los horizontes cosmológicos establecen el tamaño y la escala del universo observable . Este artículo explica algunos de estos horizontes.
El horizonte de partículas, también llamado horizonte cosmológico, horizonte comovil u horizonte de luz cósmica, es la distancia máxima desde la que la luz de las partículas podría haber viajado hasta el observador en la era del universo . Representa el límite entre las regiones observables y no observables del universo, por lo que su distancia en la época actual define el tamaño del universo observable. Debido a la expansión del universo, no es simplemente la edad del universo multiplicada por la velocidad de la luz, como en el horizonte de Hubble, sino más bien la velocidad de la luz multiplicada por el tiempo conforme. La existencia, las propiedades y el significado de un horizonte cosmológico dependen del modelo cosmológico particular.
En términos de distancia de comovimiento, el horizonte de partículas es igual al tiempo conforme que ha pasado desde el Big Bang, multiplicado por la velocidad de la luz. En general, el tiempo conforme en un momento determinado viene dado en términos del factor de escala por,
El radio de Hubble, la esfera de Hubble (que no debe confundirse con la burbuja de Hubble ), el volumen de Hubble u horizonte de Hubble es un horizonte conceptual que define el límite entre partículas que se mueven más lento y más rápido que la velocidad de la luz en relación con un observador en un momento dado. . Tenga en cuenta que esto no significa que la partícula no sea observable; la luz del pasado está llegando y seguirá llegando al observador durante un tiempo. Además, lo que es más importante, en los modelos de expansión actuales, la luz emitida desde el radio de Hubble nos llegará en un tiempo finito.
Es un error común pensar que la luz del radio de Hubble nunca podrá llegar hasta nosotros. En los modelos que suponen una disminución con el tiempo (algunos casos del universo de Friedmann ), mientras que las partículas en el radio de Hubble se alejan de nosotros con la velocidad de la luz, el radio de Hubble se hace más grande con el tiempo, por lo que la luz emitida hacia nosotros desde una partícula en el radio de Hubble estar dentro del radio de Hubble algún tiempo después. En tales modelos, sólo la luz emitida desde el horizonte de sucesos cósmicos o más lejos nunca nos llegará en un período de tiempo finito.
La velocidad de Hubble de un objeto está dada por la ley de Hubble ,
También se puede definir un horizonte de Hubble comoving simplemente dividiendo el radio de Hubble por el factor de escala.
El horizonte de partículas se diferencia del horizonte de sucesos cósmico en que el horizonte de partículas representa la mayor distancia en movimiento desde la que la luz podría haber llegado al observador en un tiempo específico, mientras que el horizonte de sucesos cósmico es la distancia en movimiento más grande desde la que la luz emitida ahora puede jamás llegar. llegar al observador en el futuro. [3] La distancia actual a nuestro horizonte de sucesos cósmico es de unos cinco gigaparsecs (16 mil millones de años luz), muy dentro de nuestro rango observable dado por el horizonte de partículas. [4]
En general, la distancia adecuada al horizonte de sucesos en el tiempo viene dada por [5]
Para 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 al que a menudo se hace referencia como el único horizonte de partículas:
En un universo en aceleración , hay eventos que serán inobservables a medida que las señales de eventos futuros se desplacen al rojo a longitudes de onda arbitrariamente largas en el espacio de Sitter en expansión exponencial . Esto establece un límite a la distancia más lejana que podemos ver medida en unidades de distancia adecuadas en la actualidad. O, más precisamente, hay eventos que están separados espacialmente para un cierto marco de referencia que sucede simultáneamente con el evento que ocurre en este momento y del cual nunca nos llegará ninguna señal, a pesar de que podemos observar eventos que ocurrieron en el mismo lugar en el espacio que sucedió en un pasado lejano. [6]
Si bien continuaremos recibiendo señales desde este lugar en el espacio, incluso si esperamos una cantidad de tiempo infinita, una señal que salió de ese lugar hoy nunca nos llegará. Las señales provenientes de esa ubicación tendrán cada vez menos energía y serán cada vez menos frecuentes hasta que la ubicación, a todos los efectos prácticos, se vuelva inobservable. En un universo dominado por la energía oscura que está experimentando una expansión exponencial del factor de escala , todos los objetos que estén gravitacionalmente desatados con respecto a la Vía Láctea se volverán inobservables, en una versión futurista del universo de Kapteyn . [7]
Aunque técnicamente no son "horizontes" en el sentido de imposibilidad de realizar observaciones debido a la relatividad o soluciones cosmológicas, existen horizontes prácticos que incluyen el horizonte óptico, fijado en la superficie de la última dispersión . Esta es la distancia más lejana que cualquier fotón puede transmitir libremente. De manera similar, hay un "horizonte de neutrinos" establecido para la distancia más lejana a la que un neutrino puede fluir libremente y un horizonte de ondas gravitacionales a la distancia más lejana a la que las ondas gravitacionales pueden fluir libremente . Se predice que esto último será una prueba directa del fin de la inflación cósmica .
