¿Puede la expansión del espacio desplazar hacia el azul a las galaxias unas con respecto a otras?

Supongamos que tenemos dos galaxias en un espacio vacío, y supongamos que las galaxias están gravitando. De repente, la energía oscura entra en acción y comienza la expansión acelerada del espacio...diagrama crudo

(Diagrama de fuerza 1D. Los rectángulos rojizos representan las dos galaxias, las elipses violetas representan la energía oscura).

Debido a que las galaxias están gravitando, la energía oscura entre ellas expande menos el espacio, mientras que "detrás" de las galaxias, donde sus gravedades mutuas no se superponen tanto, la energía oscura exhibe un efecto mayor. Las flechas sobre las galaxias comparan los vectores de fuerza. Las flechas negras son fuerzas de atracción gravitacional, las flechas violetas son fuerzas de expansión. Observando la suma de los vectores para cada galaxia respectiva, parece que las galaxias obtienen una aceleración adicional de las regiones de mayor expansión detrás de ellas.

Si reproducimos la película en nuestras cabezas con estas suposiciones: las galaxias comienzan acelerándose una hacia la otra bajo su propia atracción gravitacional mutua (cada una observa un desplazamiento hacia el azul), luego entra en juego la energía oscura y las galaxias aceleran con más energía de la que se puede contar. ya que por la aceleración debida a sus propias gravedades solo (desplazamiento hacia el azul observado mucho mayor de lo que debería ser).

Siempre he leído y oído hablar de galaxias desplazadas hacia el rojo , no de las desplazadas hacia el azul (bueno, no tanto, de todos modos), así que algo debe estar mal aquí.

Pregunta: ¿Puede la expansión del universo unir dos galaxias de esta manera? ¿Se cancela el efecto neto de expansión detrás y entre las galaxias, dando como resultado una aceleración no mayor? ¿He entendido todo esto mal?

Respuestas (1)

La expansión aún desplazará al rojo la luz de estas galaxias.

La expansión universal, al menos según tengo entendido, no es tanto una fuerza que empuja a estas galaxias más separadas, sino que crea espacio adicional en todas partes, constantemente. Esto incluye el espacio entre las galaxias que se acercan entre sí.

La luz que viaja de una galaxia a otra se verá afectada por esta expansión, ya que el espacio que ocupan la luz y la materia también se está expandiendo. El resultado es que la luz se "estira" a medida que viaja, alargando su longitud de onda, porque el espacio entre la cresta de una onda y la siguiente se está expandiendo. Dado que la luz continúa viajando a una velocidad constante, estas crestas nunca se acelerarán o desacelerarán para "alcanzar" su longitud de onda original, por lo que la onda de luz se estira a una longitud de onda más larga con menor energía, es decir, se desplaza hacia el rojo.

La luz aún se desplazará hacia el azul por el movimiento de las galaxias una hacia la otra, pero la expansión del Universo no las empujará juntas más rápido. Más bien, la expansión del Universo aumentará universalmente (je) la distancia entre todos los puntos en el espacio, incluido el espacio entre esas galaxias. Es posible que esta tasa de expansión no impida que estas galaxias se alcancen entre sí, pero siempre servirá para aumentar la distancia que deben recorrer para hacerlo. Debido a esto, la expansión del Universo siempre hará que la luz se desplace hacia el rojo, solo en un grado mayor o menor según la distancia inicial.

Para una mayor aclaración, el hecho de que haya una mayor cantidad de expansión ocurriendo "detrás" de estas galaxias no tiene efecto en la expansión del espacio entre estas galaxias. No es tanto una fuerza que aleja toda la materia, sino la creación literal de más espacio en todos los puntos del espacio todo el tiempo.

Creación de vs expansión del espacio.

Ahora, parece haber una ambigüedad semántica sobre este tema (o simplemente no tengo una comprensión suficiente del tema, un escenario muy probable) con respecto a la idea de la energía oscura como una fuerza . Muchos lo interpretan (creo) como una fuerza que aleja la materia de otra materia, pero no creo que sea eso. Según tengo entendido, parece más una fuerza que empuja el espacio mismo lejos del espacio circundante.

Es decir, si identificaras de alguna manera dos puntos "adyacentes" en el espacio, su energía oscura los alejaría el uno del otro. Por supuesto, esto significa que esos puntos adyacentes imaginarios ya no son adyacentes, ya que ahora hay espacio entre ellos. Ahora podemos identificar nuevos puntos en el espacio entre los dos puntos anteriormente adyacentes (tenga en cuenta que, en la práctica, es imposible que dos puntos sean adyacentes en este sentido, ya que siempre podemos dividir aún más el espacio entre ellos. Este ejemplo es solo un pensamiento experimento).

Siguiendo este experimento mental, encontramos que, contrariamente a la intuición, esta energía oscura permanece en una densidad constante. Es decir, estos puntos están empujando el espacio que los rodea al mismo ritmo que antes, a pesar de que ahora están más dispersos, y los "nuevos" puntos entre ellos ahora también están empujando el espacio que los rodea al mismo ritmo. . Ahora bien, si la densidad de la energía oscura permanece constante mientras el espacio que ocupa se expande, eso solo puede significar que ahora hay más energía oscura entre los dos puntos originales que antes.

Por eso me gusta decir que el espacio se "crea" en lugar de simplemente expandirse. Me facilita la conceptualización. Si se piensa en el espacio como algo que crea energía oscura (sea lo que sea), y esa energía no pierde su densidad cuando el espacio se expande, entonces tiene sentido para mí decir que ahora hay más espacio que antes. . Sin embargo, para ser honesto, en realidad no sé qué terminología se usa principalmente entre aquellos que estudian esto regularmente, solo que esta forma de pensar me facilita la conceptualización.

Divulgación: no soy un experto ni tengo un conocimiento particular sobre este tema. Si he cometido errores aquí, otros deben sentirse libres de ofrecer correcciones. Mi respuesta se basa en mi propia comprensión obtenida de mis propios estudios limitados de este tema, y ​​no pretendo siquiera empezar a entender las matemáticas detrás de nada de esto.

Creo que mi malentendido radica en que la energía oscura actúa como una fuerza "antigravitatoria". (Aunque, ¿lo he oído mencionar así muchas veces?) "Se está creando un nuevo espacio" es una consecuencia de tener una densidad constante de este material antigravitatorio. La energía oscura no crea un nuevo espacio, expande el espacio "antigravitacionalmente" y mantiene una densidad constante. Entonces, bajo esta intuición, esperaba que las galaxias estuvieran siendo "antigravitadas" desde regiones de influencia de energía oscura y, por lo tanto, pudieran ser aceleradas por ella.
Si lo he entendido correctamente (es cierto que es un gran si ), entonces no es que la fuerza antigravitatoria realmente esté alejando algo . Es simplemente agrandar el espacio. Entonces, no es una fuerza acumulativa. La tasa de expansión se mantiene constante en todos los puntos. Es solo que a distancias (relativamente) cortas, la gravedad puede superar el efecto de distanciamiento y acercar dos objetos más rápido de lo que puede expandirse el espacio entre ellos. Incluso el espacio entre los átomos se hace más grande, pero la gravedad los une más rápido de lo que ese espacio puede expandirse, negando efectivamente el efecto.
La razón por la que el efecto de la expansión es mayor para las cosas que están más lejos es simplemente que todo el espacio entre dos puntos cualesquiera se expande constantemente y eso tiene un efecto acumulativo. Entonces, el efecto de esa expansión es insignificante para el espacio entre nosotros y el sol, leve para el espacio entre nosotros y Andrómeda, y significativo para el espacio entre nosotros y el horizonte cósmico, porque cada punto en el espacio entre aquí y allá se está expandiendo en la misma tasa Así, el espacio entre nosotros y otro objeto aumenta más rápido cuanto más lejos estamos.
Sí, lo entiendo perfectamente, pero eso no es realmente lo que estoy preguntando aquí. Tenga en cuenta que estamos trabajando con un modelo de juguete.
Nuestra familiar gravedad de todos los días reduce distancias y volúmenes. Una esfera con el radio de la Tierra en un espacio-tiempo plano tiene más volumen que la Tierra dentro de su propio espacio-tiempo curvo. Un sistema antigravedad aumenta distancias y volúmenes. La energía oscura expande el espacio porque su densidad, sea lo que sea en realidad, es constante. Entonces, a medida que la energía oscura aumenta el volumen del espacio, la cantidad de energía en ese espacio no se diluye sino que permanece constante, por lo que su fuerza de expansión en el espacio permanece constante, lo que resulta en una aceleración.
Ahora, creo que has llegado a la conclusión correcta, que la energía oscura no acelera nuestras galaxias de juguete juntas. La energía oscura "siempre servirá para aumentar la distancia" es una buena manera de explicarlo, pero no es demasiado obvio por qué hasta que consideramos el aspecto constante de densidad y aceleración. Si fuera simplemente antigravitatorio, entonces creo que podría acelerar nuestras galaxias de juguete juntas.
He agregado un poco a la respuesta. Avíseme si aclaró las cosas o simplemente las hizo más confusas, y especialmente si me equivoqué en algo. Seré el primero en decirte que realmente no sé de lo que estoy hablando con cosas como esta, y no quiero confundir o desinformar a nadie.
Si yo entiendo. Si supiera la respuesta con total certeza, bueno, ¡supongo que esta pregunta no estaría aquí! Creo que su respuesta está bien razonada y probablemente correcta, ¡gracias por responder!
¡Ningún problema! Me gustaría obtener una respuesta de alguien más informado que yo, pero ciertamente no rechazaré la respuesta jajaja. Fue una pregunta divertida de responder con seguridad.
¿Puede la expansión del espacio desplazar hacia el azul a las galaxias unas con respecto a otras?
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