aceleración de la expansión del universo

[He leído, entre otras, otras preguntas sobre esto, no creas que esto es un duplicado]

Yo (creo que) entiendo la evidencia de que las galaxias distantes se están alejando de nosotros más rápido que las galaxias más cercanas. Lo que no entiendo es por qué esto incluso requiere una explicación.

Tome una imagen ingenua, donde el big bang fue una explosión de materia en el espacio. La materia comenzó a extenderse con alguna distribución de velocidades , en todas las direcciones. Ahora observamos el universo miles de millones de años después; parece natural que las galaxias que viajaron más lejos durante este tiempo sean exactamente aquellas con velocidades iniciales más altas.

¿No es cierto lo mismo si consideramos que el big bang es una dilatación del propio espacio? Las partes del espacio que más se 'dilatan' (no solo ellas, sino toda la porción de espacio entre ellas y nosotros), deben ser aquellas que acumularon la mayor distancia desde nosotros en el tiempo transcurrido desde la explosión.

Esta interpretación ingenua no exige 'aceleración' de ningún tipo. ¿Qué me estoy perdiendo?

En la expansión uniforme (es decir, no acelerada), la velocidad de expansión de 2 puntos es proporcional a la distancia entre ellos. Por ejemplo, si 2 galaxias separadas por 1 Gpc (1 gigaparsec) se alejan una de otra con una velocidad de v, entonces 2 galaxias separadas por 10 Gpc se alejan a 10v. Ver en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law#Idealized_Hubble's_law
@ PM2Ring La ley de Hubble idealizada comienza con la premisa de 'Dos puntos cualesquiera que se están alejando del origen, cada uno en línea recta y con una velocidad proporcional a la distancia desde el origen ', y establece que no hay nada especial en el origen. Lo que estoy preguntando es: ¿no es esta premisa aparentemente extraña, en realidad muy natural?
Sí, la expansión idealizada del Hubble es natural. Pero no observamos eso. En cambio, parece (a partir del análisis de las "velas estándar" de supernova tipo 1a) que la expansión se está acelerando. Eso fue bastante inesperado: la suposición anterior era que la expansión debería estar desacelerándose (hasta cierto punto) debido a la influencia de la gravedad.
El análisis de @PM2Ring de velas estándar de supernovas muestra que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. Me parece que esto solo no implica aceleración; estas pueden ser exactamente las galaxias con velocidad inicial en la parte superior de la distribución. Es decir, en lugar de decir “cuanto más distante está una galaxia, más rápido se aleja”, piensa lo contrario: “las galaxias que antes viajaban más rápido son exactamente las que ahora están más distantes”.

Respuestas (2)

Su descripción encajaría con velocidades relativas que son constantes con el tiempo o que disminuyen con el tiempo, pero la evidencia sugiere que aumentan con el tiempo.

¿No es la evidencia de esta aceleración exactamente que las galaxias más lejanas se alejan con mayores velocidades? ¿Existe evidencia independiente?
@OfekShilon Hay dos problemas: expansión y posible aceleración de la expansión. La evidencia que mencionas es una mención para la expansión en sí. Puede ser que hayas usado la palabra "aceleración" de manera incorrecta; significa cambio de velocidad con el tiempo, no con la distancia. La evidencia del cambio de velocidad con la distancia es en parte el desplazamiento hacia el rojo y en parte un modelo cosmológico completo con ecuaciones precisas y más evidencia del fondo de microondas y la abundancia de diferentes núcleos.
@safesphere Yo también tengo reservas sobre el estado de la evidencia de la aceleración cósmica, pero sentí que no era lo primero que decía aquí. Según tengo entendido, la evidencia es sugerente pero no concluyente.
La aceleración cósmica se descubrió en 1998, pero la expansión del Hubble ha sido el paradigma aceptado desde los años 40 más o menos.
@EricDavidKramer La frase "la aceleración cósmica se descubrió en 1998" no es del todo correcta; lo que se descubrió fueron firmas importantes e interesantes de supernovas de alto desplazamiento hacia el rojo que, junto con otras pruebas, constituyen un buen caso para la aceleración cósmica. Sin embargo, el caso no es concluyente. Consulte, por ejemplo , doi.org/10.1051/0004-6361/201936373 , que dice que después de contabilizar el flujo local, los datos son consistentes sin aceleración a 1,4 sigma. Se sugiere la aceleración, pero no lo suficientemente concluyente como para que digamos "descubierto", creo. Estaré feliz de ser corregido.
@AndrewSteane Solo digo que si el argumento que está presentando para la expansión del Hubble es una expansión acelerada, entonces no es un buen argumento. Si no hay aceleración cósmica en absoluto, entonces, por supuesto, el argumento que está presentando es aún peor... En cualquier caso, la evidencia de una constante cosmológica de CMB es muy sólida: arxiv.org/abs/1807.06209 .

¡Buena pregunta!

Creo que tal vez la situación que estás describiendo implicaría que estamos en el centro del universo, es decir, que toda la materia se está expandiendo desde algún pequeño centro, con cierta distribución de velocidades.

Esto sería inconsistente con el punto de vista dominante en la ciencia, el principio copernicano, que dice que nuestro punto de vista no es especial. De hecho, uno de los principales supuestos en cosmología es que nuestro universo es homogéneo e isotrópico a gran escala. Estoy de acuerdo en que esto no es un argumento. De hecho, es un razonamiento circular. Pero refleja la visión común de los científicos de hoy.

(Desde el punto de vista de la física, se podría argumentar que la gravedad haría que la materia se ralentizara a medida que se dispersa, pero estoy bastante seguro de que esto se reduciría a las ecuaciones ordinarias de Friedman, así que no creo que eso conduzca a cualquier diferencia observable.)

Editar: todo esto está considerando solo la evidencia de los desplazamientos al rojo. Sin embargo, hay otra evidencia para la cosmología estándar. Estos son la nucleosíntesis (BBN) y el fondo de microondas (CMB). Creo que BBN no cambiaría, por la misma razón que la anterior, que la materia en expansión simplemente sigue las mismas ecuaciones de Friedman. Por otro lado, el fondo de microondas es radiación que nos llega desde alguna "última superficie de dispersión" a unos 14 mil millones de años luz de distancia (según la cosmología estándar) en todas las direcciones. Si fuéramos toda la materia del universo, no estaríamos viendo nada procedente de allí. También hay evidencia de que la mayor parte de la densidad de energía proviene de una constante cosmológica, que no puede ser descrita por la materia, solo la energía del vacío que realmente causa expansión.

"la situación que estás describiendo implicaría que estamos en el centro del universo" - No puedo ver cómo. Nuestro marco de referencia vería una distribución similar de velocidades incluso si no es el 'centro'. Además, el estallido no tiene un centro, todos los puntos del espacio lo experimentaron de manera idéntica.
La materia se dispersaría y no se expandiría en el vacío. Además, la materia de los parches vecinos nos alcanzaría con velocidades tan altas como las que vemos a lo lejos.
¿Qué evidencia hay de que la energía del vacío realmente cause expansión?
@cumfy La hipótesis es que la energía oscura acelera la expansión.
@Ofek si la distribución inicial de velocidades fuera la misma en todas partes, deberíamos observar galaxias lentas y rápidas cerca de nosotros, moviéndose en todas las direcciones. Pero eso no es lo que observamos.
La distribución de @Javier de velocidades idénticas en todas partes no significa que esta distribución sea uniforme. Incluso en las explosiones clásicas, no verá partículas que se acerquen ( giphy.com/gifs/abc-fireworks-share-DgLwPZVu5tT32 )
@OfekShilon Sí, si la explosión ocurrió en un solo punto y las cosas se expandieron desde allí. Pero si te gusta el principio copernicano (y dijiste que "la explosión no tiene centro"), entonces las cosas se mueven en todas direcciones a todas velocidades en todas partes.
@Javier 'en todas partes' == 'en un solo punto' en el momento de la explosión. Es por eso que no hay un punto "central" especial
Cotización de OP de @PM 2ring. Vacío no oscuro.
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