¿Cómo sabe la ciencia qué es el universo primitivo?

Supongo que se refiere al reciente comunicado de prensa sobre el cuásar J043947.08+163415.7 , observado recientemente con el Hubble . El artículo sobre las observaciones detalla cómo los autores midieron la distancia al cuásar, calculando su corrimiento al rojo , una cantidad que describe cómo la longitud de onda de la luz parece cambiar en función de si el objeto se mueve en relación con un observador. En escalas cosmológicas, el corrimiento al rojo se puede convertir en distancias . Usualmente vemos cuásares en$z>0.1$.

Como suele ser el caso, el desplazamiento al rojo del cuásar se determinó observando las líneas espectrales, en este caso, la emisión de Mg II alrededor de 21000 angstroms (ver en particular el recuadro):

Se observó que esta línea de emisión tenía una longitud de onda diferente a la que tendría si el quásar estuviera en reposo, lo que permitió a los astrónomos calcular su corrimiento al rojo:$z=6.511\pm0.003$.

Este es el proceso típico utilizado para determinar el corrimiento al rojo y, por lo tanto, la distancia; bueno, no necesariamente usando esa línea particular de Mg II, por supuesto, pero sí el uso de la espectroscopia para medir cómo cambia la ubicación de las líneas espectrales. La diferencia entre "temprano" y "tarde" no está del todo clara y probablemente varíe según con quién estés hablando. Por ejemplo, alguien que estudie el Big Bang podría referirse al período anterior a la recombinación como "temprano", aunque estamos viendo el cuásar como existió mucho más tarde que eso; no estaba disponible para la recombinación.

Me gustaría señalar que es algo engañoso llamar a este cuásar el cuásar más brillante (o incluso el más brillante conocido) del universo , porque, como señala ese comunicado de prensa, la lente gravitacional de una galaxia en primer plano, que permitió que el objeto fuera descubierto. , también magnificó su brillo. Parece tener un brillo de 600 billones de luminosidades solares, pero sin las lentes, ese número se reduce a 11 billones de luminosidades solares, una cifra mucho más modesta.

Para responder a la pregunta "¿cómo sabe la ciencia qué es temprano y qué es tardío?" en lenguaje sencillo:

Sabemos que el Universo se está expandiendo . Debido a esto, la luz de las cosas más alejadas de nosotros se "estira" más y se desplaza hacia el rojo . Cuanto mayor es el corrimiento al rojo, más lejos ha viajado la luz. Podemos usar fórmulas para calcular la distancia en función de la cantidad de corrimiento al rojo.

Cuanto más lejos está un objeto, más tiempo tarda esa luz en llegar a nosotros. Entonces, si vemos un objeto con un corrimiento al rojo muy grande y sabemos que esto significa que está muy lejos, la luz debe haber viajado mucho tiempo para alcanzarnos. Así es como podemos saber si la luz proviene de hace mucho tiempo, es decir, antes en la historia del Universo. Al examinar el corrimiento hacia el rojo del cuásar al que se refirió, podemos determinar que la luz que estamos viendo ahora se emitió hace 12.800 millones de años, cuando el Universo tenía solo 1.000 millones de años. Eso es asombrosamente temprano .

La luz "más antigua" que podemos detectar es la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB) , que se puede considerar como el "calor remanente" del Big Bang original. Cuando observamos su corrimiento al rojo, podemos calcular que los fotones CMB comenzaron a viajar hacia nosotros cuando el Universo tenía unos 380.000 años. No podemos detectar fotones anteriores a eso porque el Universo todavía estaba lleno de electrones libres, que dispersaron la luz. A medida que el Universo se enfrió lo suficiente como para que los iones de hidrógeno atraparan electrones y formaran átomos neutros, la "niebla" se disipó y los fotones quedaron libres para viajar sin interrupciones.