Pregúntele a Ethan No. 41: una cita con una parte remota del universo
El lector pregunta:Una vez asistí a una conversación sobre una supernova de 12 mil millones de años, y cuando respondí la pregunta "¿Cómo se conoce su edad?", Dije que esto se debía a la velocidad de la luz y al tiempo que tarda en recorrer una cierta distancia. Pero, ¿y si estuviéramos en otra parte del universo? ¿Cómo sabríamos entonces la edad de esta supernova? ¿Y entonces él no sería diferente?
Por supuesto, la velocidad de la luz es finita, y este hecho nos puede decir mucho sobre algunos de los objetos distantes del universo.
Aquí está la estrella más brillante del cielo nocturno: Sirius. Se encuentra a una distancia de 8,6 años luz de nosotros, es decir, la luz que nos llega en este momento fue emitida por ella hace 8,6 años. También significa que si alguien en el área de Sirius pudiera vernos, vería la Tierra como era hace 8.6 años.Simplemente determine la edad de la luz de la estrella que vemos. Medimos la distancia a la estrella y, conociendo la velocidad de la luz, podemos calcular el tiempo. Esto es cierto para cualquiera de los dos puntos en el Universo que permanecen aproximadamente a la misma distancia el uno del otro durante el paso de la luz entre ellos.
También puede calcular las distancias a diferentes objetos, sabiendo cómo están organizados y funcionan. Por ejemplo, algunos tipos de estrellas cambian la luminosidad con el tiempo, y existe una estrecha relación entre los períodos de cambios de brillo y su brillo observado.Si puede medir cuánto tiempo tarda un ciclo de cambiar la luminosidad de una estrella de brillante a tenue y viceversa, y puede determinar la clase y el tipo de una estrella determinada, entonces puede saber qué tan lejos está de nosotros.
Este método es adecuado para medir las distancias de los cúmulos estelares y las galaxias no tan distantes. Después de eso, otros detalles de las interrelaciones de diferentes propiedades de las galaxias (rotación, fluctuaciones del brillo de la superficie, propagación de la velocidad) nos permiten calcular distancias a objetos aún más distantes del Universo.
Entre otras cosas, podemos usar supernovas (en particular, las conocidas supernovas tipo Ia con brillo estándar), para mediciones muy precisas de distancias a las partes más distantes del Universo. Incluso si explotaron hace miles de millones de años.Pero hay un problema con una medición simple de la distancia a los objetos y un intento de calcular el tiempo transcurrido usando el mismo método que usamos, por ejemplo, en el caso de Sirius. El problema es este: la mayor parte del Universo no permanece a la misma distancia de la Tierra, ni siquiera aproximadamente. ¡El universo se está expandiendo!
El espacio en sí mismo se está expandiendo: los objetos que no están conectados entre sí por gravedad, con el tiempo se alejan unos de otros. Esto, por supuesto, complica la tarea, y durante casi todo el siglo XX planteó serios obstáculos para determinar qué tan lejos miramos hacia el pasado. Después de todo, no podríamos simplemente tomar una galaxia distante, medir la distancia a ella e inmediatamente descubrir:- cuán lejos estaba de nosotros en el momento en que dejó salir la luz
- cuán lejos está ella de nosotros ahora que esta luz nos ha alcanzado
- ¿Cuánto tiempo tardó la luz en cubrir esta distancia?
Para hacer esto, necesita obtener más información que la simple distancia actual al objeto.
Más precisamente, dos hechos. Primero, necesita conocer la historia completa de la expansión del Universo, es decir, la velocidad de expansión en el momento en que la luz deja un objeto distante, la velocidad de expansión en el momento en que recibimos esta luz y la velocidad de expansión entre estos dos eventos.¿Suena complicado? De hecho, todo es más simple. La teoría general de la relatividad de Einstein, hablando de la gravedad, simplemente no nos deja con muchas opciones. Si podemos medir la tasa de expansión actual (lo que hemos podido hacer desde la década de 1920) y podemos calcular el contenido de energía actual del Universo, podemos calcular toda la historia de la expansión del Universo a partir del Big Bang.
¿Y el segundo hecho? Necesitamos medir el grado de desplazamiento al rojo de la luz que nos llegó del objeto. A medida que la estructura del universo se expande, las longitudes de onda de la luz también se estiran y la luz se vuelve más roja. Pero como se sabe que toda la luz sufre un desplazamiento al rojo, y sabemos cómo se comportan los átomos, las estrellas y la luz, solo podemos tomar las medidas apropiadas y descubrir cómo se produce el desplazamiento al rojo de la luz de un objeto distante.
Y eso es todo. La distancia al objeto se puede medir por varios métodos. La distancia a una supernova se calcula a través de su curva de luz, así como a través del desplazamiento al rojo (para una supernova, a través del análisis espectral).Tomamos estos dos hechos, agregamos la conocida historia de la expansión del Universo y obtenemos la cantidad de tiempo transcurrido entre la emisión del fotón inicial y su llegada a nuestro ojo.
Así es como descubrimos cuánto tiempo sucedió este o aquel evento en el Universo. Como sabemos que han pasado 13.82 mil millones de años desde el Big Bang, podemos calcular la edad del Universo en ese momento cuando la luz fue emitida por cualquiera de los objetos que nos interesan. Source: https://habr.com/ru/post/es388705/
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