¿Cómo es posible que los astrónomos vean algo a 13.000 millones de años luz de distancia?

Hay al menos dos ideas involucradas.

La primera es que la expansión del universo no es lineal. Si bien el Big Bang ocurrió hace alrededor de 14 mil millones de años, eso no significa que hace 13 mil millones de años, el Universo es 1/14 de su tamaño actual. La teoría actual sugiere que una gran parte de la inflación cosmológica (donde el Universo aumentó en 26 o más órdenes de magnitud en dimensiones lineales) ocurrió mucho, mucho menos de un segundo después del Big Bang. Y como otro ejemplo, la teoría actual estima que en el momento en que se emitió el fondo cósmico de microondas (que fue alrededor de 0,5 millones de años después del nacimiento del Universo, lo que lo ubica alrededor de 1/30000 de la edad actual del Universo), el universo ya es aproximadamente 1/1000 de su tamaño actual (en longitud).

En segundo lugar, la aparente recesión de los objetos lejanos de nosotros no se trata tanto de objetos que se separan unos de otros. Más bien, es el espacio que se agrega entre los objetos. Imagina que tú eres el fotón y dos tortugas (que se mueven más despacio que tú) son las galaxias. Coloque la tortuga uno en el primer vagón de un tren y coloque la tortuga dos en el décimo vagón de un tren. Y empiezas a caminar. Digamos que le toma 1 minuto atravesar un carruaje y a las tortugas les toma 10 minutos. Luego, en el caso de que las tortugas se alejen unas de otras, te tomará un poco menos de 12 minutos llegar de la primera tortuga a la segunda (caminas 10 minutos hasta el décimo tren y la tortuga ha llegado al 11). Caminas otro minuto hasta el tren 11. La tortuga está solo unos pasos delante de ti).

Pero no es así como se expande el universo. La expansión del universo se parece más a lo siguiente: supongamos que cada 6 minutos, todos los vagones se desacoplan, y entre cada par de vagones originales ¡cae un vagón más! Así que caminas durante 6 minutos (habiendo atravesado 6 autos), miras hacia arriba y ves que la segunda tortuga está 8 autos delante de ti (y la primera tortuga está 12 autos detrás). Y caminas otros 6 minutos. Plop vienen los autos adicionales, y ahora estás a 4 autos de la segunda tortuga y a 36 autos de la tortuga de atrás. Y finalmente, después de otros 4 minutos, alcanzas a la segunda tortuga.

Sin embargo, desde el punto de vista de la segunda tortuga, ¡hubieras viajado desde una tortuga que ahora está a 40 autos de distancia de él, mientras tomas solo 16 minutos! Esto se relaciona con la divertida idea de que la luz emitida por un objeto a 13.000 millones de años luz de distancia puede tardar un poco menos de 13.000 millones de años en llegar aquí, debido a la inflación del Universo.

Esta es la razón por la cual los cosmólogos y astrónomos usan el desplazamiento hacia el rojo para medir la distancia, porque no existe una noción intrínseca razonable de distancia que esté libre de ambigüedad: ¿debería describirse la distancia por la distancia a la que se encontraban las tortugas cuando empezaste a caminar? o cuando terminaste de caminar? o el número de carros que tú (el fotón) has atravesado? En lugar de eso, lo miden usando desplazamientos hacia el rojo , que pueden encajar aproximadamente en este marco de tortuga-tú como cuán sonrojada está tu mejilla por tanto caminarcuando llegaste a la tortuga número dos. Basándose en el enrojecimiento de tus mejillas, las tortugas pueden calcular cuánto te esforzaste y, por lo tanto, cuánto tiempo has estado viajando y, utilizando las reglas conocidas de adición de coches nuevos (el valor de la constante de Hubble), las tortugas pueden estimar las distancias a otras tortugas.:-)

(Voy a omitir la discusión de las tortugas estándar , que son tortugas de las que siempre saldrás bien descansado y no sonrojado, ni cómo los simio-ferroequinólogos de tortugas se enteraron de sus tasas de expansión locomotora).

La respuesta a esta pregunta se remonta a la idea de la inflación cosmológica. A menudo, en particular en los medios populares, la expansión se ve como dos galaxias que se alejan cada vez más una de la otra. Esto es solo un poco cierto. Lo que realmente está sucediendo es que el espacio entre ellos se está expandiendo (la analogía del globo se usa a menudo, imagina colocar dos puntos en un globo desinflado y luego inflar ese globo, los puntos ahora están más lejos el uno del otro), y debido a esto, es muy difícil juzgar qué "significa" la distancia a escalas tan grandes. Incluso términos como velocidad relativa se vuelven extremadamente difíciles de definir cuando se mira a miles de millones de años luz de distancia.

Por lo tanto, cuando se habla de "distancias" en astronomía, se usa el desplazamiento hacia el rojo de la luz, que suele ser una descripción más funcional. Por ejemplo, este objeto tenía un corrimiento al rojo de z=10, que tiene más corrimiento al rojo que cualquier otro objeto astronómico, y estamos viendo una imagen de cómo se vería si estuviéramos justo al lado de él 485 millones de años después de la Big Bang. Sin embargo, nuestra proto-galaxia probablemente estaba a cierta distancia de ella al principio y mientras la luz viajaba, el espacio mismo se expandió considerablemente, haciendo que la luz solo nos alcance ahora, una docena de miles de millones de años después.

En cuanto a "recorrer un universo finito", esto es muy poco probable y no hay evidencia de ello. Los rayos gamma viajarán a la velocidad de la luz a través del vacío.

La luz de ese cuásar comenzó su viaje hacia nosotros hace unos 13.000 millones de años, pero su distancia NO es de 13.000 millones de años luz. La distancia es algo así como 50 mil millones de años luz (para los aficionados, estoy hablando de la distancia de comovimiento). La razón es que el propio universo se expande mientras la luz viaja hacia nosotros, por lo que la distancia es mayor que la velocidad de la luz multiplicada por 13B años (es decir, mayor que si el universo fuera estático).

Para responder a la pregunta del lector, es bastante cierto que 'nosotros' estábamos cerca del estallido cuando ocurrió, pero el espacio entre nosotros y el estallido se expandió desde entonces, y se necesita un poco de tiempo para cubrir esa separación.

Algunas de las respuestas implican decir que la razón está en la inflación cosmológica, pero esto no es correcto. La inflación ocurre muy temprano en la historia del universo (aproximadamente 10 ^ {-35} segundos después del Big Bang), y no se puede verificar simplemente mirando los cuásares y demás, ya que no afecta las distancias en la historia 'reciente' de el universo. En cambio, verificar la inflación implica mediciones sofisticadas de las fluctuaciones de la materia y la luz en el universo (radiación de fondo cósmico de microondas, etc.) que se establecieron mucho antes de la existencia de los cuásares.

Creo que se observó que el cuásar al que te refieres tenía z, o desplazamiento al rojo de 10. Esto implica que se está alejando de nosotros a una velocidad de 0,984c, muy cercana a la velocidad de la luz. Con una constante de Hubble de 74 km/s/Mpc, su distancia es de unos 13 mil millones de años luz. No hay razón para creer que estábamos cerca del evento cuando ocurrió. Por ejemplo, el corrimiento al rojo del CMB es de alrededor de 1100, lo que implica una velocidad de recesión mucho mayor y una mayor distancia, y eso se inició unos 400 000 años después del Big Bang.

Todas estas respuestas son muy interesantes e informativas, pero me atrevo a decir que ninguna responde a la pregunta original. La pregunta original tiene que ver más con: ¿Cómo es posible ver (la luz) tan atrás en el tiempo si nosotros mismos no nos hemos alejado de dicha luz a muchas, muchas veces la velocidad de la luz para poder verla? haberse adelantado a dicha luz para observarla? E incluso si nos adelantáramos a dicha luz, ¿cómo es posible que sea visible en todas las direcciones, en lugar de solo en la dirección desde la que viajamos tan rápidamente?

Realmente no tiene ningún sentido en absoluto. Si todo se expande desde una singularidad, debería haber cantidades variables de información sobre el universo que se pueden observar desde nuestro punto de vista. La densidad de los objetos emisores de luz en cualquier dirección debe definirse por nuestras coordenadas dentro del universo en expansión, la dirección y la velocidad a la que viajamos a través del universo con respecto a cualquier luz que se observe en esa dirección particular, y la dirección y velocidad en el que todas las demás fuentes de luz que residen en esa dirección particular dentro del universo se mueven en relación con nosotros y la singularidad. (es decir, si nuestras coordenadas dentro del universo en expansión estuvieran más cerca de un "frente de choque" del universo en expansión, debería haber mucha menos información observable sobre los contenidos del universo en esa dirección,

Esta es una de las principales razones por las que no puedo tomar en serio la teoría del "big bang". Obviamente, el universo es algo en constante cambio que es muy diferente hoy de lo que ha sido en el pasado y de lo que será en el futuro, pero decir que todo comenzó como una singularidad en un "estallido" es algo absurdo. La evidencia matemática puede mostrarlo, pero el universo observable contradice las matemáticas. Así que debe haber algo mal con las matemáticas.

Teniendo en cuenta que aproximadamente el 90% del universo aún no se ha entendido o explicado (materia oscura / energía), diría que es prácticamente el mayor esfuerzo que ha hecho la ciencia para afirmar que sabemos de dónde vino el universo. Especialmente cuando la respuesta a esa pregunta solo puede explicarse en el éter donde la física y las matemáticas divergen y se descomponen. ¿Y dónde es que sabemos, sin duda, que las matemáticas y la física se derrumban? Agujeros negros, por supuesto. Creo que los agujeros negros son la clave para comprender tanto la historia detrás como el tejido de nuestro universo observable. Toda esa materia tiene que ir a alguna parte, y los cuásares y los chorros cósmicos irradian solo una pequeña y minúscula fracción de una fracción de esa materia.