Wenn die Ionisations- (oder Reionisations- oder Rekombinations-) Energie von atomarem Wasserstoff 13,6 EV beträgt, was einer Schwarzkörpertemperatur von 30.000 K entspricht, warum tauchte das CMB dann nicht auf?
Warum hat das Universum gewartet, bis es auf 3.000 K abgekühlt war, um die Reliktstrahlung (die CMB) freizusetzen?
Ich habe möglicherweise einen Hinweis auf Quora gefunden: Wie wird die Hubble-Konstante aus Messungen der kosmischen Mikrowellen-Hintergrundstrahlung berechnet?
Die Rotverschiebung ist aus der Theorie ziemlich genau bekannt, da ein Hot-Urknall-Modell (das Standardmodell der Kosmologie) den Punkt vorhersagt, an dem das Plasma zu neutralem Wasserstoff entionisiert. Dies war ungefähr der Zeitpunkt, an dem das Universum auf eine Temperatur unter der Bindungsenergie von Wasserstoff, 13,6 eV/kb, abgekühlt war.
Die Rotverschiebung ist aus der Theorie ziemlich genau bekannt, da ein Hot-Urknall-Modell (das Standardmodell der Kosmologie) den Punkt vorhersagt, an dem das Plasma zu neutralem Wasserstoff entionisiert. Dies war ungefähr der Zeitpunkt, an dem das Universum auf eine Temperatur unter der Bindungsenergie von Wasserstoff abgekühlt war. .
Zur Beantwortung der Titelfrage wird die Hubble-Konstante bestimmt, indem der Winkeldurchmesserabstand zur letzten Streufläche ermittelt wird. Das ist nicht direkt beobachtbar; Stattdessen leiten Sie es durch Trigonometrie ab. Wir können die Winkelskala der Baryon Acoustic Oszillationen im CMB direkt messen – es ist der Abstand zwischen Trögen im Leistungsspektrum, das in Leo C. Steins Antwort gezeigt wird. Im Standard CDM
kosmologischen Modell kennen wir auch* die physikalische Größe des BAO-Merkmals, die als Schallhorizontlänge bekannt ist. Der Winkeldurchmesserabstand ist dann definiert als
wobei der Zähler die bekannte physikalische Skala ist und die Unterseite die gemessene Winkelskala ist (dies ist nur ein grundlegender Trig). Der Abstand des Winkeldurchmessers ist eine bekannte Funktion der Hubble-Rate, und Sie können die Hubble-Rate aus dem Winkelabstand des Durchmessers ableiten (vorausgesetzt, die einzigen relevanten Teilchenarten im Universum sind Dunkle Materie, Baryonen, Photonen, Neutrinos und die kosmologische Konstante).
Ergibt die Division von 13,6 eV durch eine viel kleinere Zahl als 1 nicht eine enorm große Zahl, nicht eine niedrigere?
Ich bin verwirrt...
Das CMB wird erzeugt, wenn der Ionisationsanteil von Wasserstoff von einem hohen Wert auf einen sehr kleinen Wert abfällt. Im Gegensatz zu dem, was in der Quora-Antwort geschrieben steht, durch die Sie möglicherweise in die Irre geführt wurden, geschieht dies bei einer Temperatur von etwa 3000 K. Der Wert von 13,6 eV/ (denken Sie daran, mit der elektrischen Ladung zu multiplizieren, um die Energie in SI-Einheiten auszudrücken) ist nicht einmal "grob" richtig.
Um zu verstehen, warum, müssen Sie zunächst bedenken, dass sowohl Photonen als auch Teilchen eine Energieverteilung haben , wobei ein erheblicher Anteil Energien hat, die ein Vielfaches der durchschnittlichen Energie sind (die durchschnittliche Energie ist auch größer als - es ist für Schwarzkörperstrahlungsphotonen). Zweitens benötigt man zur Ionisierung eines Wasserstoffatoms nicht unbedingt eine Energie von 13,6 eV, wenn sich bereits ein beträchtlicher Anteil der Atome in einem angeregten Zustand befindet.
Um die erforderliche Temperatur zu erhalten, damit die Gleichgewichtsionisation klein wird, ist eine (numerische) Lösung der Saha-Gleichung erforderlich . Im frühen Universum beträgt sie etwa 3000 K.
Nick S