¿A qué distancia estaban los eventos cósmicos observables más lejanos actualmente cuando se emitió su radiación observada actualmente?

(Editado para mayor claridad. Gracias a James K y Connor García).

Esta pregunta sobre los objetos cósmicos observables más distantes me hizo preguntarme si sabemos la distancia que había entre nosotros y ellos en el momento (hace 13.400 millones de años, en el ejemplo vinculado) de la emisión inicial de ellos de la luz que podemos ahora ve.

(Respuesta: Gracias a Connor García por señalar que la respuesta de 2660 millones de años luz estaba en las notas de la página de wikipedia de la galaxia (GN-z11, actualmente la galaxia más antigua y distante conocida en el universo observable) que yo vinculado en mi propia pregunta. Siempre puedo contar con los usuarios de intercambio de pila para señalar de manera útil que la respuesta que estaba buscando estaba un poco más lejos, jajaja. Pero en serio, gracias por la ayuda, Connor).

Puedo entender cómo la expansión hizo que viajaran una distancia actual de más de 30 mil millones de años luz de nosotros (o al menos puedo entender cómo la distancia es mayor de lo que la luz podría viajar en 14 mil millones de años), pero no he podido para encontrar una declaración sobre su distancia de nosotros cuando emitieron originalmente la luz que estamos viendo hoy.

¿Alguien puede darme una idea de qué tan cerca estaba esta galaxia de 13.400 millones de años cuando emitió la luz que estamos viendo hoy?

¿Es tan simple como que la galaxia se encuentra a 13.400 millones de años luz de distancia en el tiempo propuesto de 400 millones de años después del Big Bang ? Y si es así, ¿realmente el espacio se expandió tan rápido en solo 400 millones de años que los objetos podrían estar a 13.400 millones de años luz de distancia entre sí (y algo mucho más lejos, me atrevo a suponer)?

Los cosmólogos utilizan "inflación" como un término técnico, y aquí no es correcto. Probablemente debería reemplazarlo con "expansión", para evitar complicaciones.
La respuesta está en la nota en la página wiki a la que se vinculó (énfasis agregado por mí): "la distancia de 2660 millones de años luz entre GN-z11 y la Vía Láctea en el momento en que se emitió la luz aumentó en un factor de (z+1)=12,1 a una distancia de 32,2 mil millones de años luz durante los 13,4 mil millones de años que ha tardado la luz en llegar hasta nosotros"
Sin embargo, creo que todavía es posible una excelente respuesta que explicaría cómo se puede obtener la cifra de "2660 millones de años luz".
@ConnorGarcia gracias! No había pensado en buscar notas. Me interesaría una explicación, pero me interesaron principalmente las cifras aproximadas, porque pensé que la distancia a ellas en el momento de su emisión era quizás solo la "distancia de viaje de la luz" de 13.400 millones de años en el ejemplo de GN- z11.
Gracias por la aclaración @JamesK, edité mi pregunta para reflejarla.
¿Qué tal el CMB? Eso actualmente proviene de una esfera de radio de 46 mil millones de años luz, pero está en un z de ~1100.
Por cierto, no hay problema con que los objetos estén separados por grandes distancias en el universo primitivo. Consulte physics.stackexchange.com/q/136860/123208

Respuestas (1)

tl;dr No, desafortunadamente no es tan simple.

Distancias cosmológicas

La distancia de comovimiento a un objeto que se observa que tiene un corrimiento al rojo z — es decir, las coordenadas que se expanden junto con el Universo — se calcula integrando la ecuación de Friedmann, asumiendo algunos valores por la tasa de expansión H 0 y los parámetros de densidad { Ω r , Ω metro , Ω k , Ω Λ } (radiación, materia, curvatura y energía oscura):

d C o metro ( z ) = C H 0 0 z d z Ω r ( 1 + z ) 4 + Ω metro ( 1 + z ) 3 + Ω k ( 1 + z ) 2 + Ω Λ ,
dónde C es la velocidad de la luz.

En general, esta ecuación no tiene solución analítica, sino que debe resolverse numéricamente. Usualmente uso el módulo astropy de Python para esto.

Por definición, la distancia física d pag h y s es igual a la distancia de comovimiento hoy . Dado que el corrimiento al rojo evoluciona linealmente con el factor de escala a , y desde a se define como 1 hoy, observando que un objeto tiene un corrimiento al rojo z significa que la luz que vemos fue emitida cuando a era igual a 1 / ( 1 + z ) . Por ejemplo, una galaxia que emitía algo de luz cuando el Universo tenía una cuarta parte de su tamaño actual (de modo que a era 0.25 ) se vería que tiene un corrimiento al rojo z = 1 / a 1 = 3 .

En otras palabras, la distancia a un objeto en redshift z cuando emitía la luz que vemos, es un factor (1+z) más pequeña de lo que es hoy (sin tener en cuenta las velocidades peculiares relativamente pequeñas de las galaxias).

La galaxia más lejana

El poseedor actual del récord de corrimiento al rojo de galaxias es, como usted dice, GN-z11 con z = 11.1 ( Oesch et al. 2016 ). Resolviendo la ecuación anterior se obtiene una distancia actual de

d pag h y s , norte o w = 32.2 GRAMO yo y r ,
(un Glyr es mil millones de años luz), y por lo tanto la distancia entre GN-z11 y la Vía Láctea era, cuando emitió su luz, unos 400 Myr después del Big Bang.
d pag h y s , t h mi norte = 32.2 GRAMO yo y r 1 + 11.1 = 2.66 GRAMO yo y r .

Como pequeña curiosidad te puedo decir, que GN-z11 se aleja de nosotros con una velocidad de aproximadamente 4 C cuando emitía su luz, mientras que hoy "sólo" retrocede en 2.2 C . Y sí, eso está permitido .

El fondo cósmico de microondas

Quizás haya algunas galaxias con mayor desplazamiento al rojo, pero no han sido confirmadas espectroscópicamente. Pero dependiendo de su definición de "evento", podría argumentar que el fondo cósmico de microondas con z 1100 es la mayor distancia. La distancia actual al gas que emitió el CMB observado es 45.4 GRAMO yo y r (muy cerca del borde del Universo observable en 46.3 GRAMO yo y r ). Por lo tanto, ese gas era sólo 42 METRO yo y r ( millones de años luz) cuando emitió su luz, poco después del Big Bang.


Apenas, H 0 70 k metro s 1 METRO pag C 1 , y { Ω r , Ω metro , Ω k , Ω Λ } { < 10 4 , 0.3 , 0 , 0.7 }

gracias. esto aclaró perfectamente la respuesta de 2.66 Glyr. Cuanto más indago un poco en estos temas astronómicos, más respeto tengo por ustedes, físicos y matemáticos. El hecho de que solo comenzamos a fotografiar estrellas hace 150 años y hemos pasado de especular que el Universo tiene quizás 100,000 años luz de diámetro a solo el Universo observable que alcanza los 126 MIL MILLONES de años luz de diámetro (si leo el último párrafo de su publicación vinculada a la derecha) , me hace tener esperanzas sobre nuestro futuro si podemos enseñar a nuestros hijos más pensamiento crítico, humildad y asombro sobre esta existencia.
Me acabo de dar cuenta de que la "pequeña curiosidad" que mencionaste me obliga a preguntar cómo es posible que GN-z11 ya se haya alejado 4c de nosotros tan pronto. ¿La distancia de comovimiento seguía siendo la misma que ahora y la métrica espacial se estaba expandiendo a un ritmo mayor en ese entonces? ¿O tiene que ver con la inflación que todavía ocurre desde el origen teorizado del Universo? (Ahora que estoy escribiendo esto, también me doy cuenta de que no tengo muy claro cómo la inflación del Big Bang es diferente de la expansión cosmológica, si tiene alguna explicación directa).
@Glycoversi Estoy de acuerdo, la velocidad con la que no solo se acelera nuestra tecnología, sino también nuestra conciencia, es fantástica. Algunos comentarios anteriores: el 126 Glyr que mencionas es demasiado; el radio es ~46 Glyr, entonces ~92 Glyr de ancho. La distancia de comovimiento entre las galaxias es la misma en todo momento (excepto por un pequeño movimiento "peculiar" o "real"); esa es la definición de coordenadas comovivas. Pero sí, el espacio se expandía más rápido en el pasado, pero se desaceleró debido a la atracción mutua de toda la materia, y luego se aceleró debido a la energía oscura. La inflación es similar, pero tuvo (probablemente) una diferente...
…origen, fue mucho, mucho más rápido, y duró solo hasta que el Universo fue algo 10 33 segundos de antigüedad. Sin embargo, no tengo una explicación directa, ya que la inflación está demasiado lejos de mi zona de confort, pero normalmente se cree que el mecanismo que impulsa la inflación es un campo diferente al de la energía oscura.