oscilaciones acústicas de bariones

History

El astrofísico estadounidense Jim Peebles y el científico soviético Yuri Zeldovich predijeron este efecto en la década de 1970, y en 2005 se detectó por primera vez claramente en los datos del Sloan Digital Sky Survey.

How it works

En el plasma antiguo, la gravedad comprime la materia, pero la luz la empuja hacia atrás, comenzando oscilaciones, como en un instrumento musical. Cuando el Universo se vuelve repentinamente transparente (época de recombinación), la luz se escapa y el «sonido» se congela. El pico más fuerte de estas ondas establece una escala estándar que vemos como una separación preferente de las galaxias.

History

El astrofísico estadounidense Jim Peebles y el científico soviético Yuri Zeldovich predijeron este efecto en la década de 1970, y en 2005 se detectó por primera vez claramente en los datos del Sloan Digital Sky Survey.

How it works

En el plasma antiguo, la gravedad comprime la materia, pero la luz la empuja hacia atrás, comenzando oscilaciones, como en un instrumento musical. Cuando el Universo se vuelve repentinamente transparente (época de recombinación), la luz se escapa y el «sonido» se congela. El pico más fuerte de estas ondas establece una escala estándar que vemos como una separación preferente de las galaxias.

History

El concepto de ondas sonoras en la materia preestelar se remonta a los trabajos de Evgeny Lifshitz (1946) sobre la inestabilidad gravitacional. En la década de 1970, Jim Peebles y Yuri Zeldovich predijeron que estas ondas dejarían una huella observable. La primera detección convincente del pico BAO fue realizada en 2005 por la colaboración SDSS en una muestra de galaxias rojas. Un papel clave en la determinación de la composición del plasma primordial lo desempeñaron las investigaciones de nucleosíntesis de George Gamow y Ralph Alpher, que permitieron calcular los parámetros de las oscilaciones.

How it works

Antes de la recombinación, los bariones y los fotones están fuertemente acoplados por dispersión. Los potenciales gravitatorios de la materia oscura atraen el fluido de bariones y fotones; la compresión aumenta la presión de los fotones, provocando una expansión inversa: esto es una onda acústica. Su velocidad está determinada por la relación de densidades de bariones y fotones: c_s = c / sqrt(3(1+R)), donde R = 3ρ_b/4ρ_γ ≈ 0.6 en la recombinación. En el momento de la desionización, diferentes modos de oscilación se congelan en fases distintas, creando una serie de picos en el espectro de potencias. El pico dominante corresponde a la onda que ha recorrido una distancia r_s ≈ ∫ c_s dt / a(t) desde el Big Bang hasta la recombinación. Hoy esta escala se ve como una distancia preferente entre galaxias. Midiendo el pico BAO en las direcciones radial y transversal, se obtiene el parámetro de Hubble H(z) y la distancia angular D_A(z), lo cual es crítico para comprobar los modelos de energía oscura.

Open problems & fun facts

Los errores sistemáticos en los corrimientos al rojo fotométricos limitan la precisión del diagrama de Hubble; La evolución no lineal de la estructura y los desplazamientos galácticos difuminan y desplazan ligeramente el pico BAO; La incertidumbre en el valor del horizonte acústico requiere calibraciones independientes del Universo temprano, por ejemplo, a partir de datos del CMB

💡 En 2014, a partir de datos de BAO, se detectó la fase acelerada de expansión del Universo con un nivel de significancia superior a 5σ, independientemente de las supernovas de tipo Ia.