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Volumen del Hubble

Visualización de todo el universo observable . El anillo azul interior indica el tamaño aproximado del volumen del Hubble. Representación circular del universo observable en esc...

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Visualización de todo el universo observable . El anillo azul interior indica el tamaño aproximado del volumen del Hubble.
Representación circular del universo observable en escala logarítmica. La distancia a la Tierra aumenta exponencialmente desde el centro hacia el borde. Los cuerpos celestes se ampliaron para apreciar sus formas.

En cosmología , un volumen de Hubble (llamado así por el astrónomo Edwin Hubble ) o esfera de Hubble , esfera sublumínica , esfera causal y esfera de causalidad es una región esférica del universo observable que rodea a un observador, más allá de la cual los objetos se alejan de ese observador a una velocidad mayor que la de la luz debido a la expansión del universo . [ 1 ] El volumen de Hubble es aproximadamente igual a 10 31 años luz cúbicos (o alrededor de 10 79 metros cúbicos).

El radio propio de una esfera de Hubble (conocido como radio de Hubble o longitud de Hubble ) esdo/H0{\displaystyle c/H_{0}}, dóndedo{\displaystyle c}es la velocidad de la luz yH0{\displaystyle H_{0}}es la constante de Hubble . La superficie de una esfera de Hubble se llama horizonte microfísico , [ 2 ] superficie de Hubble o límite de Hubble .

De manera más general, el término volumen de Hubble puede aplicarse a cualquier región del espacio con un volumen de orden(do/H0)3{\displaystyle (c/H_{0})^{3}}Sin embargo, el término también se usa con frecuencia (pero erróneamente) como sinónimo de universo observable ; este último es mayor que el volumen de Hubble. [ 3 ] [ 4 ]

El centro del volumen del Hubble y del universo observable es arbitrario en relación con el universo en su conjunto; en cambio, está centrado en torno a su origen (observador impersonal o personal).

La longitud del Hubbledo/H0{\displaystyle c/H_{0}}es 14.400 millones de años luz en el modelo cosmológico estándar , equivalente ado{\displaystyle c}veces el tiempo de Hubble . El tiempo de Hubble es el recíproco de la constante de Hubble, [ 5 ] y es ligeramente mayor que la edad del universo (13.800 millones de años), ya que es la edad que el universo habría tenido si la expansión hubiera sido lineal. [ 6 ]

Límite de Hubble como horizonte de sucesos

Para objetos en el límite de Hubble, el espacio entre nosotros y el objeto de interés tiene una velocidad de expansión promedio de c . Por lo tanto, en un universo con un parámetro de Hubble constante , la luz emitida actualmente por objetos fuera del límite de Hubble nunca sería vista por un observador en la Tierra. Es decir, el límite de Hubble coincidiría con un horizonte de sucesos cosmológico (un límite que separa los eventos visibles en algún momento de aquellos que nunca son visibles [ 7 ] ). Véase horizonte de Hubble para más detalles.

Sin embargo, el parámetro de Hubble no es constante en varios modelos cosmológicos [ 3 ] , por lo que el límite de Hubble no coincide, en general, con un horizonte de sucesos cosmológico. Por ejemplo, en un universo de Friedmann desacelerado , la esfera de Hubble se expande con el tiempo y su límite alcanza la luz emitida por galaxias más distantes, de modo que la luz emitida en tiempos anteriores por objetos fuera del volumen de Hubble aún puede llegar eventualmente dentro de la esfera y ser vista por nosotros. [ 3 ] De manera similar, en un universo acelerado con una constante de Hubble decreciente, el volumen de Hubble se expande con el tiempo y puede alcanzar la luz de fuentes que previamente se alejaban con respecto a nosotros. [ 3 ] En ambas circunstancias, el horizonte de sucesos cosmológico se encuentra más allá del horizonte de Hubble. En un universo con una constante de Hubble creciente, el horizonte de Hubble se contraerá y su límite alcanzará la luz emitida por galaxias más cercanas, de modo que la luz emitida en tiempos anteriores por objetos dentro de la esfera de Hubble eventualmente se alejará fuera de la esfera y nunca será vista por nosotros. [ 1 ] Si la contracción del volumen de Hubble no se detiene debido a algún fenómeno aún desconocido (una sugerencia es la "transición de fase temprana"), el volumen de Hubble se convertirá casi en un punto (debido al principio de incertidumbre, las singularidades puras son imposibles; además, una proporción de sus autointeracciones son lo suficientemente energéticas como para producir partículas que escapan mediante el efecto túnel cuántico), cumpliendo así los criterios del Big Bang. La justificación de esta visión es que no existirá un volumen de Hubble sublumínico y la expansión superlumínica puntual (la generalización de la teoría del Big Bang ) prevalecerá en todas partes o al menos en una vasta región del universo. En esta cosmología cíclica (hay muchas otras versiones cíclicas), el universo siempre se expande y no regresa a un tamaño predeterminado menor (cosmología cíclica expandatoria no conforme o conforme no penroseana).

Las observaciones indican que la expansión del universo se está acelerando [ 8 ] y se cree que la constante de Hubble está disminuyendo [ 9 ] . Por lo tanto, las fuentes de luz fuera del horizonte de Hubble pero dentro del horizonte de sucesos cosmológico pueden eventualmente alcanzarnos. Un resultado bastante contraintuitivo es que los fotones que observamos de los primeros ~5 mil millones de años del universo provienen de regiones que se alejan de nosotros a velocidades superlumínicas, y siempre lo han hecho [ 3 ].

Véase también

Referencias

  1. 1 2 Edward Robert Harrison (2003). Máscaras del universo . Cambridge University Press . pág.  206. ISBN 978-0-521-77351-5.
  2. ↑ N. Carlevaro y G. Montani (2009). "Estudio de la solución cuasi-isotrópica cerca de la singularidad cosmológica en presencia de viscosidad volumétrica". International Journal of Modern Physics D . 17 (6): 881– 896. arXiv : 0711.1952 . Bibcode : 2008IJMPD..17..881C . doi : 10.1142/S0218271808012553 . S2CID 9943577 . 
  3. 1 2 3 4 5 Para una discusión sobre por qué los objetos que están fuera de la esfera de Hubble de la Tierra pueden verse desde la Tierra, véase TM Davis y CH Linewater (2003). "Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe". Publications of the Astronomical Society of Australia . 21 (1): 97– 109. arXiv : astro-ph/0310808 . Bibcode : 2004PASA...21...97D . doi : 10.1071/AS03040 . S2CID 13068122 . 
  4. ↑ Para un ejemplo de uso erróneo, véase Max Tegmark (2004). «Universos paralelos» . En Barrow, JD; Davies, JD; Harper, CL (eds.). Ciencia y realidad última: del cuántico al cosmos . Cambridge University Press. págs. 459 y ss . ISBN  978-0-521-83113-0.
  5. ↑ Hawley, John F.; Holcomb, Katherine A. (2005). Fundamentos de la cosmología moderna (2.ª ed.). Oxford [ua]: Oxford University Press. p. 304. ISBN   978-0-19-853096-1.
  6. ↑ Ridpath, Ian (2012). Diccionario de Astronomía (2.ª ed.). Oxford University Press. p. 225. doi : 10.1093/acref/9780199609055.001.0001 . ISBN   9780199609055.
  7. ↑ Edward Robert Harrison (2000). Máscaras del universo . Cambridge University Press. pág. 439. ISBN  978-0-521-66148-5.
  8. ↑ John L Tonry; et al. (2003). "Resultados cosmológicos de supernovas de alto z". Astrophys J . 594 (1): 1– 24. arXiv : astro-ph/0305008 . Bibcode : 2003ApJ...594....1T . doi : 10.1086/376865 . S2CID 119080950 .  
  9. ↑ "¿Se está expandiendo el universo más rápido que la velocidad de la luz?" . Pregúntale a un astrónomo de la Universidad de Cornell . Archivado del original el 23 de noviembre de 2003. Consultado el 5 de junio de 2015 .
  • Las simulaciones de volumen del Hubble