Ask Ethan No. 41: Uma Data com uma Parte Remota do Universo
O leitor pergunta:Certa vez, participei de uma conversa sobre uma supernova de 12 bilhões de anos e, quando respondi à pergunta “Como é conhecida sua idade?”, Eu disse que isso se devia à velocidade da luz e ao tempo necessário para percorrer uma certa distância. Mas e se estivéssemos em outra parte do universo? Como saberíamos então a idade dessa supernova? E então ele não seria diferente?
Obviamente, a velocidade da luz é finita, e esse fato pode nos dizer muito sobre alguns dos objetos distantes do universo.
Aqui está a estrela mais brilhante no céu noturno: Sirius. Ele está localizado a uma distância de 8,6 anos-luz de nós - ou seja, a luz que nos chega no momento foi emitida por ele há 8,6 anos. Isso também significa que se alguém na área de Sirius pudesse nos ver, ele veria a Terra como era há 8,6 anos atrás.Simplesmente determine a idade da luz da estrela que vemos. Medimos a distância da estrela e, conhecendo a velocidade da luz, podemos calcular o tempo. Isso é verdade para quaisquer dois pontos do Universo que permanecem aproximadamente à mesma distância um do outro durante a passagem da luz entre eles.
Você também pode calcular as distâncias para diferentes objetos, sabendo como eles são organizados e funcionam. Por exemplo, alguns tipos de estrelas alteram a luminosidade com o tempo e existe uma estreita relação entre os períodos de brilho e o brilho observado.Se você pode medir quanto tempo leva um ciclo de mudança da luminosidade de uma estrela de brilhante para escuro e vice-versa e pode determinar a classe e o tipo de uma estrela, então pode dizer a que distância está de nós.
Este método é adequado para medir as distâncias de aglomerados de estrelas e galáxias não tão distantes. Depois disso, outros detalhes das inter-relações de várias propriedades das galáxias (rotação, flutuações do brilho da superfície, propagação da velocidade) permitem calcular as distâncias para objetos ainda mais distantes do Universo.
Entre outras coisas, podemos usar supernovas (em particular, as conhecidas supernovas do tipo Ia com brilho padrão), para medições muito precisas das distâncias até as partes mais distantes do Universo. Mesmo que eles explodissem bilhões de anos atrás.Mas há um problema com uma medição simples da distância dos objetos e uma tentativa de calcular o tempo decorrido usando o mesmo método que usamos, por exemplo, no caso de Sirius. O problema é o seguinte: a maior parte do universo não permanece à mesma distância da Terra, mesmo aproximadamente. O universo está se expandindo!
O próprio espaço está se expandindo - objetos que não estão conectados um ao outro pela gravidade, com o tempo se afastando. Obviamente, isso complica a tarefa e, durante quase todo o século XX, representou sérios obstáculos para determinar até que ponto olhamos para o passado. Afinal, não podíamos apenas pegar uma galáxia distante, medir a distância até ela e descobrir imediatamente:- quão longe ela estava de nós no momento em que soltou a luz
- quão longe ela está de nós agora que esta luz chegou até nós
- quanto tempo levou a luz para percorrer essa distância
Para fazer isso, você precisa obter mais informações do que a simples distância atual do objeto.
Mais precisamente, dois fatos. Primeiro, você precisa conhecer a história completa da expansão do Universo, ou seja, a velocidade de expansão no momento em que a luz deixa o objeto distante, a velocidade de expansão no momento em que recebemos essa luz e a velocidade de expansão entre esses dois eventos.Parece complicado? De fato, tudo é mais simples. A teoria geral da relatividade de Einstein, falando sobre gravidade, simplesmente não nos deixa com muitas opções. Se pudermos medir a taxa de expansão atual (que conseguimos fazer desde a década de 1920) e calcular o conteúdo energético atual do Universo, podemos calcular toda a história da expansão do Universo a partir do Big Bang.
E o segundo fato? Precisamos medir o grau de desvio para o vermelho da luz que nos veio do objeto. À medida que a estrutura do universo se expande, os comprimentos de onda da luz também se estendem, e a luz se torna mais vermelha. Mas, como se sabe que toda a luz passa por um desvio para o vermelho e sabemos como os átomos, estrelas e luz se comportam, só podemos tomar as medidas apropriadas e descobrir como ocorre o desvio para a luz vermelha de um objeto distante.
E é isso. A distância ao objeto pode ser medida por vários métodos. A distância a uma supernova é calculada através de sua curva de luz, bem como através do desvio para o vermelho (para uma supernova, através de análise espectral).Tomamos esses dois fatos, adicionamos a história bem conhecida da expansão do Universo e obtemos a quantidade de tempo decorrido entre a emissão do fóton inicial e sua chegada em nossos olhos.
É assim que descobrimos quanto tempo esse ou aquele evento no Universo aconteceu. Como sabemos que 13,82 bilhões de anos se passaram desde o Big Bang, podemos calcular a idade do Universo naquele momento em que a luz foi emitida por qualquer um dos objetos de interesse para nós. Source: https://habr.com/ru/post/pt388705/
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