Andrea Barontini ha scritto:
> Il 08/09/11 15.59, Aleph ha scritto:
> > La radiazione di fondo cosmico *era* (fino al decoupling), ma ora *non �
> > pi�* in equlibrio termico con la "massa sparpagliata per l'Universo
...
> mi rendo conto che in realta' non mi e' per niente chiaro quale sia il
> significato di decoupling, che in effetti mi aveva citato anche Elio
> quando diceva che la materia e' diventata trasparente alla radiazione e.m.
> Cioe' non riesco ad afferrare come possano a un certo momento essere
> venute meno le interazioni tra materia e radiazione e.m.... (e quindi il
> "congelarsi" della temperatura di equilibrio della CBR al momento
> immediatamente precedente al decoupling, a meno della diminuzione e
> variazioni varie che registriamo oggi a causa del redshift cosmologico e
> effetti distorsivi vari..)
In realt� il processo di disaccoppiamento non � istantaneo, poich� la
formazione degli atomi neutri (perlopi� di H) a partire da protoni ed
elettroni avviene in un un certo intervallo di tempo (� il motivo per cui
la superficie di ultimo scattering ha uno spessore, una "tickness" in
inglese).
La ragione fisica del disaccoppiamento tra materia e radiazione dipende
dal fatto che l'interazione della radiazione di fondo cosmico � molto
intensa quando la materia � ionizzata (soprattutto tramite lo scattering
Thompson sugli elettroni liberi), mentre � molto minore nei confronti
dell'idrogeno neutro.
Il processo di ricombinazione (un modo complementare di chiamare il
disaccoppiamento) si stima (i dettagli dipendono dal valore di alcuni
parametri cosmologici) sia iniziato attorno a z circa 1400 e sia terminato
attorno a z 1300 (z � il redshift).
A titolo di curiosit� ho calcolato il cammino libero medio di un elettrone
libero dalle parti di z circa 1400 e viene fuori un valore di circa 10
milioni di km: la densit� di fotoni del fondo di radiazione era a
quell'epoca di circa 10^12/cm^3, mentre oggi � di appena 400/cm^3.
..
> quindi il mondo in cui viviamo e' caratterizzato direi da una notevole
> interazione energia materia, anche a livello fondamentale.... perche' a
> un certo punto durante la formazione del nostro universo questa
> interazione che inizialmente era molto marcata (plasma? ma l'ho sparata
> sapendo di spararla questa ;-) ...) e' venuta a mancare (decoupling) per
> poi ripresentarsi nell'universo di oggi?
...
Stai trascurando un aspetto molto importante della questione che � il
valore della densit� di materia: i corpi di cui parli sono densissimi
rispetto alla densit� media di materia al momento del decoupling che era
grosso modo (sempre z circa 1400) pari a circa 700 protoni/cm^3: il vuoto
pi� spinto ottenibile oggi in laboratorio � di circa 3000 molecole/cm^3.
Inoltre l'energia di un fotone "tipico" di un corpo nero a temperatura
T = 4000 K, che vale circa kT, � pari a 0,34 eV, molto meno dell'energia
di eccitazione del primo livello dell'atomo di H (certo ci sano anche i
fotoni pi� energetici della zona di Wien, ma sono relativamente pochi,
ricorda il taglio esponeziale alle alte energie nella formula del corpo
nero).
...
> non e' un po' artificioso, nel senso di "meramente convenzionale" (e
> difficilmente portatore di un significato fisico evidente), attribuirgli
> una temperatura (i famosi attuali 2,7 K e rotti)?!
...
No, affatto.
Il valore della temperatura della radiazione di fondo cosmico � frutto di
una ***misura***: e dai tempi di Penzias e Wilson tale misura � stata
estesa a diverse regioni dello spettro del CBR e ha condotto a risultati
coerenti tra loro.
Le distorsioni di cui parlavo (che del resto esistono, per motivi diversi,
anche negli spettri di emissione delle stelle, che sono anch'essi in prima
approssimazione, ma non esattamente, rappresentabili come spettri di corpo
nero alle diverse temperature) sono un raffinamento, un effetto per cos�
dire di second'ordine, gravido per� d'informazioni importantisime in
ambito cosmologico.
... voglio dire...
> era in equilibrio termico con l'ambiente e ora non lo e' piu', durante
> l'espansione ha in parte perso il profilo di radiazione nera (il cui
> modello matematico soggiacente e' cio' che -da quello che so io-
> permette di introdurre il concetto di temperatura in ambito
> elettromagnetico)...
Non vorrei averti confuso le idee: gli effetti distorsivi di cui parlavo
sono dopotutto abbastanza limitati sul piano quantitativo.
> ..... quei 2,7 K che cosa sono se la radiazione e.m. non e' in equilibrio
> con qualcosa, e per di piu' "devia" dal modello della radiazione nera
> che giustifica l'attribuzione di una temperatura?
Il senso � sostanzialmente questo: la radiazione del CBR al tempo presente
pur non essendo in equilibrio termico con la materia dell'Universo �
cionondimeno distribuita in prima approssimazione come un corpo nero alla
temperatura di circa 2,7 K. E questo fatto, oltre ad essere uno dei
fondamenti osservativi su cui poggia lo scenario teorico del big-bang, d�
parecchia informazione sulle caratteristiche spettrali della radiazione
stessa.
Dopodich� va tenuto presente che esistono tanti altri effetti di ordine
pi� alto, distorsivi o no (la sonda Planck, a esempio, prover� a mettere
in evidenza la polarizzazione del CBR, che potrebbe aprire una nuova
finestra osservativa da cui estrarre imoportanti informazioni), che
forniscono informazioni aggiuntive importanti per definire alcune
caratteristiche globali dell'Universo in cui viviamo.
Saluti,
Aleph
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Received on Sat Sep 10 2011 - 10:37:01 CEST