¿Es el universo un telescopio gigante?

Debido a la expansión espacial, el universo debería actuar como un telescopio gigante. Los objetos más alejados están de nosotros (más allá del corrimiento al rojo de z ≈ 1.5 ), más grandes (¡no más pequeños!) deben aparecer en el cielo. Por Wikipedia :

un objeto "detrás" de otro del mismo tamaño, más allá de cierto corrimiento al rojo (aproximadamente z=1.5), aparece más grande en el cielo

Este efecto óptico se explica por la disminución de la distancia del diámetro angular con la distancia en un universo en expansión, ya sea abierto, cerrado o plano:

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Cuanto menor sea la distancia del diámetro angular, más grande aparecerá el objeto en el cielo. Por lo tanto, las galaxias del mismo tamaño deberían aparecer como las más pequeñas en el cielo con un corrimiento al rojo de aproximadamente z ≈ 1.5 . Las galaxias que están más cerca de nosotros deberían parecer naturalmente más grandes, porque están más cerca, pero, en contra de la intuición, las galaxias que están más lejos de nosotros también deberían parecer más grandes debido a los efectos ópticos de la expansión del espacio. Por lo tanto, el universo debería actuar como un telescopio gigante que aumenta los objetos distantes cuanto más lejos están.

Sin embargo, cuando miramos los objetos más distantes descubiertos por el telescopio Hubble con el corrimiento al rojo que va desde z = 8.6 a z = 11.9 , todas aparecen extremadamente pequeñas en el fondo de otras galaxias de Campo Ultra Profundo también muy distantes (pero no tan distantes):

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¿Cuál es la explicación de por qué las galaxias más distantes aparecen como las más pequeñas en la imagen de campo ultraprofundo mientras que deberían aparecer como las más grandes según la fórmula de distancia del diámetro angular ?

d A = C H 0 q 0 2 ( z q 0 + ( q 0 − 1 ) ( 2 q 0 z + 1 − 1 ) ) ( 1 + z ) 2

Me parece que está asumiendo que el UDF no está ampliado. ¿Qué tan grandes crees que deberían aparecer las galaxias en el cielo sin tal agrandamiento?
@KyleKanos El tamaño lineal de la imagen UDF del Hubble es aproximadamente una décima parte del diámetro de la luna o 11,5 minutos de arco cuadrado. Se necesitarían 13 millones de imágenes de este tipo para cubrir todo el cielo. Esta animación muestra el aumento relativo de la imagen: m.youtube.com/watch?v=K5ZbrDJYP-c - La pregunta es sobre los tamaños relativos de las galaxias según sus distancias, no sobre el aumento absoluto.
Sé lo grande que es el UDF, tu mención es una tontería. Creo que entiendo cuál es tu pregunta, por eso hice el comentario. Parece que piensas que el UDF es más pequeño de lo que debería, realmente estoy preguntando por qué piensas eso.
@KyleKanos No, estoy preguntando sobre los tamaños relativos de galaxias más y menos distantes en la misma imagen UDF, no sobre el tamaño de todo el UDF. Las galaxias más distantes mostradas en pequeños cuadrados con el z Las galaxias indicadas junto a ellas deberían, de acuerdo con la fórmula ADD, parecer más grandes que (al menos algunas de) las galaxias menos distantes (sin marcar) en la misma imagen, pero este no parece ser el caso. Esencialmente, me pregunto si el concepto ADD como se describe tiene alguna prueba experimental, ya sea en esta imagen o en cualquier otra imagen.
así que inserte 'galaxias dentro de' delante de UDF y tendrá la misma idea. ¿Dice la fórmula SUMA que los objetos parecen más grandes de lo que deberían o que cada objeto más lejano parece más grande que los objetos más cercanos?
@KyleKanos El último. Para cualesquiera dos distantes ( z > 1.5 ) objetos del mismo tamaño físico, el que aparece más pequeño en el cielo está más cerca de nosotros.
Me parece que hay un defecto fundamental en la pregunta. Si, como usted dice, "Cuanto menor es la distancia del diámetro angular, más grande aparece el objeto en el cielo", entonces estos z = 8 , 9 , 10 las galaxias deberían parecer más pequeñas que todo excepto z < 0.2 (más o menos) galaxias, según el cuadro que diste. Entonces, la pregunta es si el Hubble UDF contiene z < 0.2 galaxias, que es claramente "no".
@Allure En el gráfico, los puntos más altos corresponden a un tamaño más pequeño visible en el cielo. Una galaxia del mismo tamaño aparece como la más pequeña en el cielo en z ≈ 1.5 . en un mayor z (más lejos), la misma galaxia debería parecer más grande. Así que el alto z las galaxias deberían aparecer más grandes en la foto que la inferior z galaxias, pero no lo hacen. No hay falla en la pregunta. Este asunto es muy contrario a la intuición y puede ser confuso.
@safesphere En scitechdaily.com/... , hay una discusión sobre un estudio reciente que relaciona la orientación de las galaxias con los ejes de rotación de los filamentos galácticos (los ejes de rotación de las galaxias más grandes son ortogonales al eje de rotación del filamento más cercano, mientras que de las galaxias más pequeñas no lo son), lo que podría ayudar a explicar la divergencia de teoría/observación que ha notado. La cosmología basada en torsión de Nikodem Poplawski, que implica reducciones de escala entre iteraciones locales de un multiverso, también podría explicarlo.
Solo hay 360 grados en un círculo. Del mismo modo, solo hay tantos estereorradianes en una esfera. Así que no veo cómo se puede ampliar todo el cielo, que parece ser de lo que estás hablando. Ampliar algo es hacer que (o más bien su imagen) subtienda un ángulo más grande en el ojo. "Parece más grande" es vago.
@MatthewChristopherBartsh Sí, "parece más grande" en el artículo de Wikipedia (de hace 4 años) se refería a un ángulo más grande en el ojo para galaxias más distantes en comparación con las más cercanas a nosotros del mismo tamaño físico.

Respuestas (1)

Dos razones, ambas relacionadas con la comparación entre iguales.

  1. Medir el diámetro angular de una galaxia no es un asunto trivial. ¿Dónde consideras que está el borde de la galaxia? Mientras que la distancia del diámetro angular disminuye con un alto corrimiento al rojo, la distancia de luminosidad aumenta a medida que ( 1 + z ) 2 d A y el flujo de una galaxia disminuye a medida que ( 1 + z ) − 4 d A − 2 , por lo que las galaxias muy distantes se desvanecen muy rápidamente. El rango dinámico alcanzable en la imagen de "galaxias" en z ∼ 10 es extremadamente limitado, de modo que esencialmente solo se ven sobre el fondo sus núcleos brillantes o las regiones de estallido estelar más brillantes.

  2. Es poco probable que las galaxias en la actualidad, o incluso en z ∼ 2 son algo como las galaxias observadas en z > 6 . Los objetos con mayor corrimiento al rojo son cuásares enormemente poderosos (en 6 < z < 8 ) en donde la mayor parte de la luz proviene de un núcleo compacto, o de estallidos estelares en pequeños fragmentos de protogalaxias que eventualmente se fusionan para formar las galaxias más grandes que se ven en el universo hoy.

Por ejemplo, el poseedor del récord (o lo fue en algún momento), GN-z11 en z = 11.1 se descubrió que tenía un radio de media luz de solo 0,6 kpc (unas 20 veces más pequeño que la Vía Láctea) pero tenía una tasa de formación estelar unas 20 veces mayor que la Vía Láctea (Oesch et al. 2016 ) .

Veo sus puntos sobre la precisión limitada. Aun así, sería un interesante campo de investigación. También se aplicaría a estructuras más grandes que las galaxias. Por ejemplo, si la geometría es como se describe, las estructuras más distantes (y por lo tanto más grandes) deberían aparecer no más, sino menos uniformes. ¡Gracias por tu respuesta! +1
@safesphere el CMB es un ejemplo. La frecuencia espacial del primer pico acústico da la tasa de expansión del universo y está (digamos) dentro del 10% del valor estimado del universo más local.
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