Dedicado a la familia científica del mundo que de ellos depende en gran medida los descubrimientos más importantes sobre nuestro Universo.
Esta información se basa en el Modelo Estándar de la Cosmología pueden encontrar estos conceptos detallados en libros de texto de cosmología como The Early Universe de Kolb & Turner o en los capítulos relevantes de Gravitation and Cosmology de Steven Weinberg. También en mi post Dark Age [1].
La Cronología de los Eventos
1. Bariogénesis
Tiempo: 10 e-36 a 10 e-12 segundos después del Big Bang.
Temperatura: Por encima de 10 e15 GeV (~10 e28 °K).
Proceso: Este es el proceso hipotético que dio lugar a la asimetría entre materia y antimateria.
Condiciones de Sakharov: violación de la conservación del número de bariones, violación de la simetría C y CP, e interacciones fuera del equilibrio térmico.
2. Época Electro-débil (EW)
Tiempo: Entre 10 e-12 y 10 e-11 segundos.
Temperatura: Por debajo de 100 GeV (~10 e15 °K).
Proceso: A esta temperatura, la fuerza electrodébil (la unificación de la fuerza electromagnética y la fuerza débil) se separó en sus dos componentes. Es en este momento cuando las partículas bosones W y Z (portadoras de la fuerza débil) adquieren su masa, mientras que los fotones (portadores de la fuerza electromagnética) permanecen sin masa.
3. Época de QCD (Cromodinámica Cuántica)
Tiempo: Aproximadamente 10 e-6 segundos.
Temperatura: Alrededor de 150 MeV (~1.7 10 e12 °K).
Proceso: También conocida como la transición de fase del confinamiento de quarks. A medida que el universo se enfrió, los quarks y gluones (que hasta entonces se movían libremente en un plasma) se confinaron permanentemente dentro de las partículas que hoy conocemos como protones y neutrones. A partir de este momento, ya no existieron quarks y gluones libres.
4. Desacoplamiento de Neutrinos
Tiempo: Aproximadamente 1 segundo.
Temperatura: Alrededor de 1 MeV (~10 e10 °K).
Proceso: En este punto, la densidad y la temperatura del universo disminuyeron tanto que los neutrinos dejaron de interactuar con el resto de la materia. Desde entonces, han viajado libremente a través del universo, formando el Fondo Cósmico de Neutrinos (CNB), una reliquia del universo temprano que aún no ha sido detectada directamente.
5. Aniquilación de (Electrón-Positrón)
Tiempo: Alrededor de 1 minuto.
Temperatura: Aproximadamente 0.5 MeV (~5 e9 °K).
Proceso: A medida que el universo se enfrió por debajo de la energía de masa de los electrones y positrones, estas partículas dejaron de crearse espontáneamente a partir de fotones. Casi todos los pares electrón-positrón restantes se aniquilaron, convirtiéndose en fotones. Este evento no solo redujo drásticamente el número de electrones, sino que también recalentó el plasma de fotones, lo que influyó en la siguiente etapa crucial.
6. BBN (Nucleosíntesis del Big Bang)
Tiempo: Entre 3 y 20 minutos.
Temperatura: Descendiendo de 10 e9 °K a 10 e8 °K.
Proceso: El período de tiempo en el que se formaron los primeros núcleos atómicos ligeros. Los protones y neutrones se unieron para formar los núcleos de deuterio, helio-3, helio-4 y litio-7. Al final de este período, la composición primordial de materia bariónica del universo era de aproximadamente 75% de hidrógeno y 25% de helio en masa, con trazas de otros elementos.
7. Recombinación y el Fondo Cósmico de Microondas (CMB)
Tiempo: ~380,000 años después del Big Bang.
Temperatura: ~3000 °K.
Proceso: Después del BBN, el universo era un plasma opaco de núcleos atómicos, electrones y fotones. A medida que se enfrió, los electrones libres se combinaron con los núcleos de hidrógeno y helio para formar los primeros átomos neutros. Este evento se conoce como la Recombinación. Al no haber electrones libres para dispersar la luz, el universo se volvió transparente, y los fotones pudieron viajar libremente por primera vez. Estos fotones, “enfriados” y “estirados” (la longitud de onda) por la expansión del universo, son lo que observamos hoy como el Fondo Cósmico de Microondas (CMB), una de las pruebas más sólidas del “Big Bang” (palabra que describe un proceso, no el la manera en que en algunas teorías se interpreta como creación desde singularidades, o explosión, etc).
8. La Edad Oscura Cósmica
Tiempo: Desde ~380,000 años hasta ~400 millones de años.
Proceso: Durante este largo período, el universo no tenía fuentes de luz. Era un lugar oscuro, poblado principalmente por gas de hidrógeno y helio neutro, por supuesto. No había estrellas ni galaxias, sólo débiles fluctuaciones de densidad heredadas del universo primordial que sentaron las bases para la formación de las estructuras futuras.
9. Las Primeras Estrellas y la Reionización
Tiempo: Entre ~200 y ~400 millones de años.
Proceso: La gravedad comenzó a actuar sobre las pequeñas fluctuaciones de densidad de la Edad Oscura, atrayendo vastas nubes de gas. Las regiones más densas colapsaron y se calentaron lo suficiente para encender la fusión nuclear. Así nacieron las primeras estrellas, compuestas casi exclusivamente por hidrógeno y helio. Época de la Reionización.
10. La Formación de Galaxias y Elementos Pesados
Tiempo: Desde ~400 millones de años en adelante.
Proceso: La gravedad continuó atrayendo las primeras estrellas y gas en grupos, formando las primeras galaxias enanas.
Con el tiempo, estas estructuras crecieron y se fusionaron, dando lugar a las galaxias más grandes que vemos hoy.
Al final de su vida, las estrellas masivas explotan en supernovas dando lugar a elementos químicos más pesados.
11. Colapso de la Nube Molecular y Formación del Sol
Tiempo: ~4,600 millones de años atrás.
Proceso: El nacimiento de nuestro sistema solar comenzó con el colapso gravitacional de una densa nube molecular.
12. Acreción de los Planetas
Tiempo: ~4,570 a 4,500 millones de años.
Los descubrimientos del JWST (evidencia fáctica) dieron la base de una nueva interpretación de este proceso:
Hay desarrollos matemáticos sin demostración antes del BBN. Luego tenemos.
●Alter-BBN: simulador que trata el número efectivo de neutrinos Neff, pero la ciencia no discrimina entre los neutrinos de la frontera (en el caso de que existieran) y los neutrinos del centro del plasma primordial. Ya que el estudio es indirecto sobre los procesos que generaron esos neutrinos primordiales. Por eso existen simuladores.
El simulador admite modificaciones como el aumento de la Neff que se define como el número efectivo de neutrinos y podemos modificar el parámetro No-CDM (sin Materia Oscura Fría). Que están graficadas y eso es un buen dato. Tenemos ctes. de desfase a tener en cuenta y H constante de Hubble sin CDM (sin Materia Fría y Oscura). La velocidad de expansión del Universo cambia un poco en ese lapso de la BBN (Big Bang Bariogénesis) [2].
En el caso del modelo de CMB, por ejemplo las Curvas de Potencia del TT TE EE de la CMB, debería corregir aún la cantidad de materia bariónica que no tomamos en cuenta. Ya que solo se miden las estrellas con margen de error… No medimos la masa de SMBH, polvo intergaláctico o planetario, etc… (Esto es un elemento del modelo λ-CDM y Planck por convención de un sector de la ciencia).
El lensing no es una medida de materia bariónica más oscura y fría independiente o de Relatividad General pura sin λ-CDM. En 2<z< 9. [3]
La medición de materia bariónica afecta la proporción y la densidad de cómo vemos el Universo.
Tal vez el común de la gente no sabe, pero el modelo de BBN que trata de un poco menos de 90 reacciones químicas que nos da la abundancia de elementos químicos de la tabla periódica (solo los primeros) cierra sin materia oscura y que esas proporciones se calcularon con una densidad de radiación de neutrinos superior a 3 sabores. Superior a 3 porque toma en cuenta un Universo que se enfrió de forma no instantánea y la aniquilación de electrones y positrones aportó temperatura a la Neff ~ 3.045. La temperatura de los neutrinos se calcula por conservación de la entropía entre la CMB de los fotones que se observa y la CNB que no.
Hoy en día la CNB o neutrinos reliquias tendrían una temperatura promedio, tal vez algunos estén por encima de 1.95 °K y otros por debajo. La observación de Planck 2018 se detecta coincidencia de los elementos estudiados, salvo por el Li que son trazas y la Neff que lo observado daría un poco menos de 3 que ya vimos se usa otro número para el cálculo. Hay papers que proponen búsquedas más amplias en el Universo.
# Script de Python
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# Nombres de las abundancias
abund_names = ['Yp', 'D/H', 'He3/H', 'Li7/H', 'Li6/H', 'Be7/H']
# Abundancias para Neff = 3.046 (caso original)
abund_Neff3 = [2.463e-1, 2.346e-5, 1.024e-5, 5.674e-10, 1.028e-14, 5.401e-10]
# Abundancias para Neff = 3.5, No CDM
abund_Neff35 = [2.522e-1, 2.518e-5, 1.035e-5, 5.426e-10, 1.137e-14, 5.124e-10]
# Abundancias para Neff = 3.045, No CDM (nuevo caso)
abund_Neff3_NoCDM = [2.463e-1, 2.346e-5, 1.024e-5, 5.674e-10, 1.028e-14, 5.401e-10]
# Incertidumbres para los casos con Neff = 3.045
uncertainties_Neff3 = [3.282e-4, 9.670e-7, 3.768e-7, 4.029e-11, 1.027e-14, 3.952e-11]
uncertainties_Neff3_NoCDM = [3.282e-4, 9.670e-7, 3.768e-7, 4.029e-11, 1.027e-14, 3.952e-11]
# Configuración para tres barras
x = np.arange(len(abund_names))
width = 0.25 # Ancho más estrecho para que quepan las tres barras
fig, ax = plt.subplots(figsize=(14, 8))
# Crear las tres barras con diferentes posiciones
bars1 = ax.bar(x - width, abund_Neff3, width,
label='Neff = 3.046', alpha=0.8, color='steelblue')
bars2 = ax.bar(x, abund_Neff35, width,
label='Neff = 3.5, No CDM', alpha=0.8, color='darkorange')
bars3 = ax.bar(x + width, abund_Neff3_NoCDM, width,
label='Neff = 3.045, No CDM', alpha=0.8, color='forestgreen')
# Agregar barras de error para los casos correspondientes
ax.errorbar(x - width, abund_Neff3, yerr=uncertainties_Neff3,
fmt='none', color='black', capsize=2, capthick=1)
ax.errorbar(x + width, abund_Neff3_NoCDM, yerr=uncertainties_Neff3_NoCDM,
fmt='none', color='black', capsize=2, capthick=1)
# Configurar escala logarítmica
ax.set_yscale('log')
# Etiquetas y formato
ax.set_ylabel('Abundancia por número respecto al hidrógeno', fontsize=12)
ax.set_xlabel('Elemento', fontsize=12)
ax.set_title('Abundancias Primordiales de BBN: Comparación de diferentes escenarios', fontsize=14)
ax.set_xticks(x)
ax.set_xticklabels(abund_names, fontsize=11)
# Leyenda
ax.legend(fontsize=11, loc='upper right')
# Grid para mejor lectura
ax.grid(True, alpha=0.3, which='both')
# Ajustar layout
plt.tight_layout()
plt.show()
# Opcional: guardar la figura
# plt.savefig('abundancias_BBN_3casos.png', dpi=300, bbox_inches='tight')
[Imágen AlterBBN]
●Curvas de Potencia de la CMB. Si sacamos CDM (Cold Dark Matter, Materia Fría y Oscura) seguimos teniendo crestas y valles. No hay una demostración de simulación que parta de esos datos o período y nos entreguen galaxias como las que vemos y menos después de los descubrimientos del JWST. Es materia oscura los picos 2 y 4, es la suma de densidades el pico 1. Yo pienso que no. Pero puede haber detecciones de radiación de la frontera que está en pleno retroceso…
Tampoco sabemos exactamente cómo afectó a la CMB una velocidad de recesión baja en variables como la presión interna del sistema y la densidad. Ya que para enfriar el plasma primordial y generar Halos en espiral cualquier persona puede inducir un Universo con vorticidad y densidad alta.
[Imagen CMB]
●Tanto en las Curvas de Potencia de la CMB y como en métrica de Friedmann Lamaître Robertson Walker se hace comparaciones por la expansión del universo tomando en cuenta factores como la densidad y la presión (que no está mal medirlas como efecto lineal). Yo las asumo como “consecuencia” y no como “causas” de la expansión del universo. Lo que quiero decir es, si la densidad de radiación en un plasma genera presión, pero están condicionadas (limitadas) por la “frontera” de la misma forma que la frontera genera un sistema “cerrado”, pero no “aislado” en una NS o un SMBH.
Hoy en día no tiene sentido hablar de un Universo abierto, voy a usar una definición que usamos en química y termodinámica.
Hawking hablaba de un universo “aislado” que es aquel que no intercambia ni materia ni energía. Porque en el universo que él describió, el foco está en la creación de espacio-tiempo y la creación de materia y su equivalencia.
En mi caso me voy a referir a un universo “cerrado” que puede intercambiar energía, pero no materia ya que esta última la considero constante. Lo digo para no disfrazar conceptos y confundir a alguien con términos conceptuales erróneos. Ya lo mencioné en mi blog y en mi poster del Meeting del Keck Observatory del 2020 “Coffee and Cosmology”.
En el modelo λ-CDM, H (cte de Hubble) es un promedio y debería ser una función. El motivo lo conocemos todos, no fue nada constante en la vida del Universo.
●En la BBN, se estudia la abundancia de Deuterio (²H) uno podría pensar que al ser un isótopo del Hidrógeno (¹H) es algo como estequiométricamente definido por alguna cuestión de la Mecánica Cuántica que no conocemos. Pero si se conoce esa proporción. Y es el tiempo que tuvo para formarse en un Universo temprano antes del “freeze-out” en los primeros segundos a minutos (por lo menos eso se considera). Eso es muy importante para estudiar la velocidad de expansión del Universo temprano en el periódo de la BBN.
Las ecuaciones que relacionan el "freeze-out" de la nucleosíntesis del deuterio con la constante de Hubble (H), derivan de las ecuaciones de la relatividad general (las ecuaciones de Friedmann) y de las tasas de reacción nuclear.
El concepto clave es que el "freeze-out" ocurre cuando la velocidad de expansión del universo, dictada por H, se vuelve más rápida que la tasa de las reacciones nucleares que producen o destruyen el deuterio.
Aquí están las relaciones fundamentales que lo rigen:
Ecuaciones de Friedmann: Estas ecuaciones describen la dinámica de la expansión del universo. La más relevante para este contexto es:
H2=38πGρ−a2kc2
Donde:
“H” es la constante de Hubble (una función del tiempo). “G” es la constante de gravitación universal. ρ es la densidad total de energía del universo. “k” es la curvatura espacial. “a” es el factor de escala del universo.
Durante la BBN, la densidad de energía está dominada por la radiación (fotones y neutrinos), por lo que ρ∝T⁴. Esto significa que H∝T². La velocidad de expansión, H, es una función de la temperatura del universo (T).
Tasa de reacción nuclear: La tasa de una reacción nuclear que forma deuterio, como p+n→D+γ, depende de la temperatura y de las densidades de los reactantes. La forma general de una tasa de reacción es:
Γ∝⟨σv⟩n
Donde: “Γ” es la tasa de reacción. ⟨σv⟩ es el promedio de la sección transversal de la reacción por la velocidad de las partículas, que es una función de la temperatura T. “n” es la densidad numérica de las partículas. Condición de "freeze-out": El "freeze-out" del deuterio ocurre cuando la tasa de reacción que lo produce se vuelve comparable o menor que la tasa de expansión del universo, es decir: Γ(Tf)≈H(Tf)
Donde Tf es la temperatura de "freeze-out".
La formación de deuterio es la "puerta de entrada" para la creación de elementos más pesados. Sin embargo, el deuterio se destruye muy fácilmente a altas temperaturas por fotodisociación (γ+D→p+n). Por lo tanto, el "freeze-out" del deuterio no es cuando comienza a formarse, sino cuando la temperatura del universo cae lo suficiente (alrededor de 0.1 MeV o 10 e9 K) como para que el deuterio formado no sea inmediatamente destruido. Este instante, que ocurre alrededor de los 3 minutos de edad del universo, marca el comienzo de la nucleosíntesis de los elementos más pesados. [4]
●Por el momento no conozco una relación entre la densidad de neutrinos CNB y la densidad bariónica BBN. Pero estoy seguro como ya lo mencione en otras entradas de mi blog que el estudio de emisión de neutrinos de NS, Sol, Atmósfera y reacciones nucleares nos van a dar más información. También hay investigaciones sobre la diferencias en la sobrevida de neutrinos y antineutrinos, lo que se conoce como física más allá del Modelo Estándar…
●Tenemos un timelapse del Universo modificado al que podemos darle piso y techo a la cantidad de materia bariónica sin CDM (solo los más audaces).
Esto es extraordinario para la ciencia. Y a esto se suma a los papers sobre los descubrimientos del JWST, a los que me voy a referir ya que tenemos formación de galaxias antes de lo que predice el modelo λ-CDM.
Formación de Galaxias antes de la etapa de Reionización incluso la misma está en el intervalo de redshift 6<z<9, pero surge JADES-GS-Z14-0 con z= 14.32 a solo 290 e6 yr, después del Big Bang en el Amanecer Cósmico. La galaxia cuenta con medio billón de masas solares.
Luego podemos nombrar GNz11 y GNz10 promediando 350 e6 yr, después del Big Bang. Lo que muestra un proceso de formación de galaxias antes de lo predicho.
GN-z11 (z≈11.09)
GLASS-z12-1 (z≈12.2)
WHL0137-5021 (z≈13.72)
"The Cosmic Timeline Implied by the JWST High-redshift Galaxies" describe específicamente las contradicciones que parecen difícil de explicar.
Modelos:
Yajima et al. (2022) y Keller et al. (2022): Kannan et al. (2022), Inayoshi et al. (2022), Haslbauer et al. (2022), Mirocha & Furlanetto (2023), y Whitler et al. (2023). El estudio se basa en los marcos de Salvaterra et al. (2011) y Jaacks et al. (2012), para las trayectorias de crecimiento en la Figura 2, que representa el modelo ΛCDM. El documento compara las curvas de crecimiento de galaxias con las de los simuladores FOREVER22, SIMBA y OBELISK. El artículo se basa en los parámetros optimizados de Planck Collaboration et al. (2020). [5]
El artículo, titulado "JADES-GS-z14-1: A Compact, Faint Galaxy at z ≈ 14 with Weak Metal Lines from Extremely Deep JWST MIRI, NIRCam, and NIRSpec Observations", presenta un análisis detallado de la galaxia JADES-GS-z14-1, que es el candidato a galaxia con confirmación espectroscópica más débil conocido a un corrimiento al rojo de z ~14.
Puntos Clave:
Observaciones: El estudio utiliza datos de exposición profunda del Telescopio Espacial James Webb (JWST) de tres de sus instrumentos: MIRI, NIRCam y NIRSpec.
Resultados: El análisis no detecta la emisión fuerte de líneas de metales, como el [O III], que se observa en otras galaxias brillantes a corrimientos al rojo tan altos. Esta debilidad sugiere una baja metalicidad (aproximadamente un 5% de la solar) en esta galaxia.
Tamaño y Masa: La galaxia es extremadamente compacta, con un radio físico de menos de 50 pc, mucho más pequeña de lo esperado para las galaxias a ese corrimiento al rojo. A pesar de su tamaño, tiene una masa estelar de 4 e7 masas solares y una alta tasa de formación estelar, lo que sugiere una explosión estelar muy reciente.
Implicaciones: La debilidad de las líneas de metales y la alta tasa de formación estelar indican que las galaxias en el universo temprano no son tan homogéneas como se pensaba. Estos resultados proporcionan información crucial sobre el enriquecimiento químico y la ionización en los primeros 300 millones de años después del Big Bang.
Los instrumentos del JWST que se utilizaron para confirmar la galaxia JADES-GS-z14-1 y que se mencionan en el paper son NIRSpec y MIRI, complementados con datos de NIRCam.
NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph): Este espectrógrafo fue clave para obtener la confirmación espectroscópica de la galaxia. Sus mediciones de líneas de emisión, en este caso la ausencia de ellas en el rango de luz visible (UV), ayudaron a determinar su corrimiento al rojo preciso de z = 13.86.
MIRI (Mid-InfraRed Instrument): Se usaron 70.7 horas de exposición del MIRI para buscar la línea de emisión de [O III]. La detección, aunque tentativa, ayudó a restringir el ancho equivalente de la línea, lo cual, junto con el resto de los datos, llevó a la conclusión de que la galaxia tiene una baja metalicidad.
NIRCam (Near-Infrared Camera): Las observaciones de 16 bandas de NIRCam se utilizaron para fotometría, permitiendo a los investigadores determinar la forma y el tamaño extremadamente compacto de la galaxia.
En resumen, la confirmación y el análisis detallado se lograron mediante la combinación de espectroscopía de NIRSpec y la fotometría de MIRI y NIRCam. [6]
Por qué es un problema no medir BH (Agujeros Negros) en AGN (Nucleos Activos Galácticos), el ejemplo está en A2744-QS01 es un SMBH (Super Masivo Agujero Negro) La relación entre la masa del agujero negro y la masa estelar implícita en estas estimaciones es de al menos > 3%. [7]
Otro objeto astronómico interesante es el cuásar (un tipo de Núcleo Galáctico Activo o AGN) más distante y primordial descubierto hasta la fecha J0313-1806, con un corrimiento al rojo (redshift) de z=7.642. Fue observado en un momento en que el universo tenía sólo unos 670 millones de años, lo que lo convierte en uno de los objetos más antiguos y lejanos conocidos.
Este cuásar alberga un agujero negro supermasivo con una masa de 1.6 mil millones de masas solares, un tamaño que ha desafiado las teorías actuales sobre cómo estos agujeros negros gigantes pudieron formarse tan rápidamente en el universo temprano. [8]
Esos objetos no llevan a tener estructuras ya en épocas de la CMB y la reionización.
No se consigue con un modelo de Materia Oscura.
Probablemente si se logra con un Universo donde hay Frontera y Momento Angular. Si la Materia Oscura no interactúa con la luz en la Vía Láctea, pero si en lesing, esto automáticamente refutaría la Teoría de la Relatividad General.
●Teoría de Perturbaciones Cosmológicas. Modo E y B. Hay paper que hablan sobre la producción de estos modos escalares y tensoriales producidos por otro efecto que no es inflacionario.
Según el documento, existen múltiples orígenes para la polarización de modo B, y no solo las ondas gravitacionales de la inflación primordial.
Las fuentes de los modos B de polarización mencionadas en el documento son:
Ondas gravitacionales: Una predicción de los modelos inflacionarios, estas ondas generan polarización en modo B y portan una huella directa de la época inflacionaria.
Campos magnéticos primordiales o cuerdas cósmicas: La existencia de estos podría generar una componente vectorial de las perturbaciones métricas, que contribuiría a la polarización en modo B en escalas angulares pequeñas.
Lentes gravitacionales: Este efecto, producido por estructuras a gran escala, convierte una fracción de la polarización en modo E en polarización en modo B.
Fuentes de fondo (foregrounds): El documento señala que estas fuentes dominan la polarización en modo B en el cielo.
Se mencionan la emisión de sincrotrón y la emisión de polvo galáctico.
Efectos secundarios: Se puede generar una polarización secundaria en modo B por la dispersión de los fotones del fondo cósmico de microondas (CMB) a partir del gas ionizado en cúmulos de galaxias o en un escenario de reionización fragmentada.
Sin embargo, se aclara que estos efectos son varios órdenes de magnitud inferiores a las contribuciones dominantes.[9]
Yo voy a agregar otro, una frontera con momento angular puede tal vez generar vórtice de hecho así justificó las anomalías de los halos galácticos descubiertos por Vera Rubin. En un universo con mayor densidad que el actual.
Tenemos mucho tiempo por delante hasta que los grandes telescopios de la Tierra simplifiquen más estas teorías.
**Timelapse:**
Dedicated to the world's scientific family, upon whom the most important discoveries about our Universe largely depend.
This information is based on the Standard Model of Cosmology. You can find these concepts detailed in cosmology textbooks such as *The Early Universe* by Kolb & Turner or in the relevant chapters of *Gravitation and Cosmology* by Steven Weinberg. Also in my Dark Age post [1].
**Timeline of Events**
1. **Baryogenesis**
Time: 10⁻³⁶ to 10⁻¹² seconds after the Big Bang.
Temperature: Above 10¹⁵ GeV (~10²⁸ K).
Process: This is the hypothetical process that gave rise to the asymmetry between matter and antimatter.
Sakharov Conditions: violation of baryon number conservation, violation of C and CP symmetry, and interactions out of thermal equilibrium.
2. **Electroweak Epoch (EW)**
Time: Between 10⁻¹² and 10⁻¹¹ seconds.
Temperature: Below 100 GeV (~10¹⁵ K).
Process: At this temperature, the electroweak force (the unification of electromagnetic and weak forces) separated into its two components. This is when W and Z boson particles (carriers of the weak force) acquire their mass, while photons (carriers of the electromagnetic force) remain massless.
3. **QCD Epoch (Quantum Chromodynamics)**
Time: Approximately 10⁻⁶ seconds.
Temperature: Around 150 MeV (~1.7 × 10¹² K).
Process: Also known as the quark confinement phase transition. As the universe cooled, quarks and gluons (which had been moving freely in a plasma) became permanently confined within the particles we know today as protons and neutrons. From this moment on, free quarks and gluons no longer existed.
4. **Neutrino Decoupling**
Time: Approximately 1 second.
Temperature: Around 1 MeV (~10¹⁰ K).
Process: At this point, the universe's density and temperature decreased so much that neutrinos stopped interacting with the rest of matter. Since then, they have traveled freely through the universe, forming the Cosmic Neutrino Background (CNB), a relic of the early universe that has not yet been directly detected.
5. **(Electron-Positron) Annihilation**
Time: Around 1 minute.
Temperature: Approximately 0.5 MeV (~5 × 10⁹ K).
Process: As the universe cooled below the mass energy of electrons and positrons, these particles stopped being spontaneously created from photons. Almost all remaining electron-positron pairs annihilated, converting into photons. This event not only drastically reduced the number of electrons but also reheated the photon plasma, influencing the next crucial stage.
6. **BBN (Big Bang Nucleosynthesis)**
Time: Between 3 and 20 minutes.
Temperature: Decreasing from 10⁹ K to 10⁸ K.
Process: The time period when the first light atomic nuclei formed. Protons and neutrons combined to form nuclei of deuterium, helium-3, helium-4, and lithium-7. At the end of this period, the primordial composition of baryonic matter in the universe was approximately 75% hydrogen and 25% helium by mass, with traces of other elements.
7. **Recombination and the Cosmic Microwave Background (CMB)**
Time: ~380,000 years after the Big Bang.
Temperature: ~3,000 K.
Process: After BBN, the universe was an opaque plasma of atomic nuclei, electrons, and photons. As it cooled, free electrons combined with hydrogen and helium nuclei to form the first neutral atoms. This event is known as Recombination. With no free electrons to scatter light, the universe became transparent, and photons could travel freely for the first time. These photons, "cooled" and "stretched" (in wavelength) by the universe's expansion, are what we observe today as the Cosmic Microwave Background (CMB), one of the strongest pieces of evidence for the "Big Bang" (a word describing a process, not the way some theories interpret it as creation from singularities, or explosion, etc.).
8. **The Cosmic Dark Age**
Time: From ~380,000 years to ~400 million years.
Process: During this long period, the universe had no light sources. It was a dark place, populated mainly by neutral hydrogen and helium gas, of course. There were no stars or galaxies, only faint density fluctuations inherited from the primordial universe that laid the foundation for future structure formation.
9. **The First Stars and Reionization**
Time: Between ~200 and ~400 million years.
Process: Gravity began acting on the small density fluctuations from the Dark Age, attracting vast gas clouds. The densest regions collapsed and heated enough to ignite nuclear fusion. Thus the first stars were born, composed almost exclusively of hydrogen and helium. The Epoch of Reionization.
10. **Galaxy Formation and Heavy Elements**
Time: From ~400 million years onward.
Process: Gravity continued attracting the first stars and gas into groups, forming the first dwarf galaxies.
Over time, these structures grew and merged, giving rise to the larger galaxies we see today.
At the end of their lives, massive stars explode as supernovas, producing heavier chemical elements.
11. **Molecular Cloud Collapse and Sun Formation**
Time: ~4.6 billion years ago.
Process: The birth of our solar system began with the gravitational collapse of a dense molecular cloud.
12. **Planet Accretion**
Time: ~4.57 to 4.5 billion years ago.
**JWST discoveries (factual evidence) provided the basis for a new interpretation of this process:**
There are mathematical developments without proof before BBN. Then we have:
• **Alter-BBN:** a simulator that deals with the effective number of neutrinos Neff, but science does not discriminate between boundary neutrinos (if they existed) and neutrinos from the center of the primordial plasma. Since the study is indirect about the processes that generated those primordial neutrinos, simulators exist for this reason.
The simulator allows modifications such as increasing Neff, defined as the effective number of neutrinos, and we can modify the No-CDM parameter (without Cold Dark Matter). These are graphed, which is good data. We have phase shift constants to consider and the Hubble constant H without CDM (without Cold Dark Matter). The universe's expansion velocity changes slightly during that BBN (Big Bang Baryogenesis) period [2].
In the case of the CMB model, for example the CMB TT TE EE Power Curves, the amount of baryonic matter we don't account for should still be corrected. Since we only measure stars with margin of error... We don't measure the mass of SMBHs, intergalactic or planetary dust, etc... (This is an element of the λ-CDM model and Planck by convention of a sector of science).
Lensing is not an independent measure of baryonic plus dark and cold matter or pure General Relativity without λ-CDM. At 2<z<9 [3]. The measurement of baryonic matter affects the proportion and density of how we see the Universe.
Perhaps most people don't know, but the BBN model that deals with slightly less than 90 chemical reactions giving us the abundance of chemical elements of the periodic table (only the first ones) closes without dark matter, and those proportions were calculated with a neutrino radiation density above 3 flavors. Above 3 because it accounts for a Universe that cooled non-instantaneously and electron-positron annihilation contributed temperature to Neff ~ 3.045. Neutrino temperature is calculated by entropy conservation between the observed CMB photons and the unobserved CNB.
Today the CNB or relic neutrinos would have an average temperature, perhaps some above 1.95 K and others below. The Planck 2018 observation detects coincidence of the studied elements, except for Li which are traces and Neff where the observed would give slightly less than 3, which we saw uses another number for calculation. There are papers proposing broader searches in the Universe.
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• **CMB Power Curves.** If we remove CDM (Cold Dark Matter), we still have peaks and valleys. There's no simulation demonstration starting from that data or period that delivers galaxies like those we see, much less after JWST discoveries. Dark matter is peaks 2 and 4, density sum is peak 1. I think not. But there may be radiation detections from the boundary that's in full retreat...
We also don't know exactly how low recession velocity affected the CMB in variables like internal system pressure and density. Since to cool the primordial plasma and generate spiral Halos, anyone can induce a Universe with vorticity and high density.
[CMB Image]
• Both in CMB Power Curves and in the Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker metric, comparisons are made for universe expansion considering factors like density and pressure (measuring them as linear effects isn't wrong). I assume them as "consequences" and not "causes" of universe expansion. What I mean is, radiation density in a plasma generates pressure, but they're conditioned (limited) by the "boundary" the same way the boundary generates a "closed" but not "isolated" system in an NS or SMBH.
Today it doesn't make sense to talk about an open Universe; I'll use a definition we use in chemistry and thermodynamics. Hawking spoke of an "isolated" universe that exchanges neither matter nor energy. Because in the universe he described, the focus is on space-time creation and matter creation and their equivalence.
In my case, I'll refer to a "closed" universe that can exchange energy but not matter, since I consider the latter constant. I say this to not disguise concepts and confuse someone with erroneous conceptual terms. I already mentioned this in my blog and my poster at the 2020 Keck Observatory Meeting "Coffee and Cosmology."
In the λ-CDM model, H (Hubble constant) is an average and should be a function. We all know the reason: it wasn't constant at all in the Universe's life.
• In BBN, deuterium abundance (²H) is studied. One might think that being a hydrogen isotope (¹H), it's something stoichiometrically defined by some Quantum Mechanics issue we don't know. But that proportion is known. And it's the time it had to form in an early Universe before "freeze-out" in the first seconds to minutes (at least that's considered). This is very important for studying the early Universe's expansion velocity during the BBN period.
The equations relating deuterium nucleosynthesis "freeze-out" to the Hubble constant (H) derive from general relativity equations (Friedmann equations) and nuclear reaction rates. The key concept is that "freeze-out" occurs when the universe's expansion velocity, dictated by H, becomes faster than the nuclear reaction rates that produce or destroy deuterium.
Here are the fundamental relations governing it:
**Friedmann Equations:** These describe universe expansion dynamics. The most relevant for this context is:
H² = (8πG/3)ρ - kc²/a²
Where: "H" is the Hubble constant (a function of time). "G" is the universal gravitational constant. ρ is the universe's total energy density. "k" is spatial curvature. "a" is the universe's scale factor.
During BBN, energy density is radiation-dominated (photons and neutrinos), so ρ∝T⁴. This means H∝T². Expansion velocity, H, is a function of universe temperature (T).
**Nuclear reaction rate:** The rate of a nuclear reaction forming deuterium, like p+n→D+γ, depends on temperature and reactant densities. The general form of a reaction rate is:
Γ∝⟨σv⟩n
Where: "Γ" is reaction rate. ⟨σv⟩ is the average of reaction cross-section times particle velocity, a function of temperature T. "n" is particle number density.
**"Freeze-out" condition:** Deuterium "freeze-out" occurs when the reaction rate producing it becomes comparable to or less than the universe's expansion rate, i.e.: Γ(Tf)≈H(Tf)
Where Tf is "freeze-out" temperature.
Deuterium formation is the "gateway" for creating heavier elements. However, deuterium is easily destroyed at high temperatures by photodisintegration (γ+D→p+n). Therefore, deuterium "freeze-out" isn't when it begins forming, but when universe temperature drops enough (around 0.1 MeV or 10⁹ K) so formed deuterium isn't immediately destroyed. This moment, occurring around 3 minutes of universe age, marks the beginning of heavier element nucleosynthesis [4].
• Currently I don't know a relationship between CNB neutrino density and BBN baryonic density. But I'm sure, as I mentioned in other blog entries, that studying neutrino emission from NS, Sun, Atmosphere, and nuclear reactions will give us more information. There are also investigations on survival differences between neutrinos and antineutrinos, known as physics beyond the Standard Model...
• We have a modified Universe timelapse where we can set floor and ceiling for baryonic matter quantity without CDM (only the boldest). This is extraordinary for science. And this adds to papers on JWST discoveries, which I'll refer to since we have galaxy formation before what the λ-CDM model predicts.
Galaxy Formation before the Reionization stage, even though it's in redshift interval 6<z<9, but JADES-GS-Z14-0 emerges with z=14.32 at only 290×10⁶ yr after Big Bang in the Cosmic Dawn. The galaxy has half a billion solar masses.
Then we can name GNz11 and GNz10 averaging 350×10⁶ yr after Big Bang. This shows galaxy formation process before predicted.
GN-z11 (z≈11.09)
GLASS-z12-1 (z≈12.2)
WHL0137-5021 (z≈13.72)
"The Cosmic Timeline Implied by the JWST High-redshift Galaxies" specifically describes contradictions that seem difficult to explain.
Models: Yajima et al. (2022) and Keller et al. (2022): Kannan et al. (2022), Inayoshi et al. (2022), Haslbauer et al. (2022), Mirocha & Furlanetto (2023), and Whitler et al. (2023). The study is based on frameworks by Salvaterra et al. (2011) and Jaacks et al. (2012), for growth trajectories in Figure 2, representing the ΛCDM model. The document compares galaxy growth curves with FOREVER22, SIMBA, and OBELISK simulators. The article is based on optimized parameters from Planck Collaboration et al. (2020) [5].
The article titled "JADES-GS-z14-1: A Compact, Faint Galaxy at z ≈ 14 with Weak Metal Lines from Extremely Deep JWST MIRI, NIRCam, and NIRSpec Observations" presents detailed analysis of galaxy JADES-GS-z14-1, the faintest spectroscopically confirmed galaxy candidate known at redshift z ~14.
**Key Points:**
**Observations:** The study uses deep exposure data from James Webb Space Telescope (JWST) from three instruments: MIRI, NIRCam, and NIRSpec.
**Results:** Analysis doesn't detect strong metal line emission, like [O III], observed in other bright galaxies at such high redshifts. This weakness suggests low metallicity (approximately 5% solar) in this galaxy.
**Size and Mass:** The galaxy is extremely compact, with physical radius less than 50 pc, much smaller than expected for galaxies at that redshift. Despite its size, it has stellar mass of 4×10⁷ solar masses and high star formation rate, suggesting very recent stellar burst.
**Implications:** Metal line weakness and high star formation rate indicate early universe galaxies aren't as homogeneous as thought. These results provide crucial information about chemical enrichment and ionization in the first 300 million years after Big Bang.
JWST instruments used to confirm galaxy JADES-GS-z14-1 mentioned in the paper are NIRSpec and MIRI, complemented with NIRCam data.
**NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph):** This spectrograph was key for obtaining spectroscopic confirmation of the galaxy. Its emission line measurements, in this case their absence in visible (UV) light range, helped determine precise redshift of z = 13.86.
**MIRI (Mid-InfraRed Instrument):** 70.7 hours of MIRI exposure were used to search for [O III] emission line. Detection, though tentative, helped constrain line equivalent width, which along with other data led to conclusion that the galaxy has low metallicity.
**NIRCam (Near-Infrared Camera):** 16-band NIRCam observations were used for photometry, allowing researchers to determine the galaxy's extremely compact shape and size.
In summary, confirmation and detailed analysis were achieved through combination of NIRSpec spectroscopy and MIRI and NIRCam photometry .
Why not measuring BHs (Black Holes) in AGNs (Active Galactic Nuclei) is problematic, the example is in A2744-QS01, an SMBH (Super Massive Black Hole). The relationship between black hole mass and stellar mass implicit in these estimates is at least > 3% .
Another interesting astronomical object is the most distant and primordial quasar (a type of Active Galactic Nucleus or AGN) discovered to date, J0313-1806, with redshift z=7.642. It was observed when the universe was only about 670 million years old, making it one of the oldest and most distant known objects.
This quasar harbors a supermassive black hole with mass of 1.6 billion solar masses, a size that has challenged current theories about how these giant black holes could form so quickly in the early universe .
These objects lead to having structures already in CMB and reionization epochs. This isn't achieved with a Dark Matter model. Probably yes with a Universe where there's Boundary and Angular Momentum. If Dark Matter doesn't interact with light in the Milky Way but does in lensing, this would automatically refute General Relativity Theory.
• **Cosmological Perturbation Theory. E and B Modes.** There are papers discussing production of these scalar and tensorial modes produced by effects other than inflationary.
According to the document, multiple origins exist for B-mode polarization, not just gravitational waves from primordial inflation.
B-mode polarization sources mentioned in the document are:
**Gravitational waves:** A prediction of inflationary models, these waves generate B-mode polarization and carry direct imprint of inflationary epoch.
**Primordial magnetic fields or cosmic strings:** Their existence could generate vectorial component of metric perturbations, contributing to B-mode polarization at small angular scales.
**Gravitational lensing:** This effect, produced by large-scale structures, converts a fraction of E-mode polarization into B-mode polarization.
**Foreground sources:** The document notes these sources dominate B-mode polarization in the sky. Synchrotron emission and galactic dust emission are mentioned.
**Secondary effects:** Secondary B-mode polarization can be generated by cosmic microwave background (CMB) photon scattering from ionized gas in galaxy clusters or fragmented reionization scenario. However, it's clarified these effects are several orders of magnitude below dominant contributions .
I'll add another: a boundary with angular momentum might generate vortices—in fact, this justified galactic halo anomalies discovered by Vera Rubin. In a universe with higher density than current.
We have much time ahead until Earth's great telescopes further simplify these theories.
Fuente:
[1] https://reconquistareport.blogspot.com/2021/07/dark-ages-english.html?m=1
[2] arXiv:1106.1363v1 [astro-ph.CO] 7 Jun 2011.
[3] arXiv:astro-ph/0302213v3 22 Jul 2003. astro-ph/9508006 1 Aug 1995. arXiv:1807.06209v4 [astro-ph.CO] 9 Aug 2021.
[4] arXiv:1903.09187v3 [astro-ph.CO] 22 Jul 2019.
[5] arXiv:2208.13072v3 [astro-ph.GA] 15 Dec 2022. arXiv:2302.10103v1 [astro-ph.CO] 20 Feb 2023.
[6] arXiv:2507.22858v1 [astro-ph.GA] 30 Jul 2025.
[7] arXiv:2308.05735v2 [astro-ph.GA] 15 Aug 2024
[8] F. Wang et al. en un artículo de 2021 arXiv:2101.03179.
[9] arXiv:astro-ph/0411567v2 19 Apr 2005.
