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Pregúntele a Ethan No. 12: Distancias en el universo

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Este pedazo de cielo es la constelación de la ballena. Aquí observamos un conjunto de galaxias que se utilizó para observar las adicciones alimentarias de las galaxias jóvenes mientras crecen. Cada uno de los puntos pequeños es una galaxia, como lo fue de tres a cinco mil millones de años después del Big Bang. Fueron estudiados usando las herramientas VLT y SINFONI. Los mapas en color muestran el movimiento del gas en las galaxias. El gas azul se mueve hacia nosotros en relación con la galaxia en su conjunto, el gas rojo se elimina. Estos colores permiten a los astrónomos determinar si las galaxias giran como discos o si se mueven de una manera diferente.
La luz cree que se mueve más rápido que cualquier otra cosa, pero está equivocado. No importa cuán rápido se mueva la luz, siempre descubre que la oscuridad ha aparecido allí antes y la está esperando.
- Terry Pratchet

El lector pregunta:
Cuando dicen acerca de un objeto que está a 13.8 mil millones de años luz de distancia, ¿significa la distancia actual al objeto, qué tan lejos estaba cuando la luz del objeto iba en nuestra dirección o la distancia recorrida por la luz?
De hecho, debido a la expansión del universo, estas tres opciones deberían ser muy diferentes.

Deseo que todos se adhieran a la misma definición. Desafortunadamente, estas tres distancias son realmente diferentes, y no todos usan la misma distancia, describiendo la distancia al objeto. Toma una analogía simple.

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Imagina dos tramos de escaleras uno al lado del otro. Estás parado en uno, tu amigo en el otro. Se para más abajo y sostiene una pelota en sus manos. Tu amigo te lanza una pelota a una velocidad determinada, te toma un cierto tiempo viajar hacia la pelota y, si conoces estos dos valores, puedes calcular la distancia a un amigo. Digamos que la pelota voló a una velocidad de 10 metros por segundo, voló 1 segundo y estás a 10 metros de tu amigo. (Suponga, por simplicidad, que la gravedad no actúa sobre la pelota). [aprox. trans .: y resistencia al aire; pero es mejor imaginar que estás parado sobre viajeros, y que la gravedad no te molestará].

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Ahora complicamos la tarea y los colocamos a usted y a su amigo en las escaleras mecánicas que se mueven en direcciones opuestas: están subiendo y cada uno baja. Digamos que la velocidad de cada uno es de 2.5 m / s.

Y no todo es tan simple.

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Si su amigo lanza la pelota a una velocidad de 10 m / s, y usted comienza desde una distancia de 10 metros, entonces la pelota tardará más de 1 segundo en llegar, y a su llegada no estarán a 10 metros el uno del otro. En la pelota tomará 1.3 s, y para entonces estará a una distancia de 17 metros.

Si estarán a una distancia de 10 metros el uno del otro en el momento en que la pelota vuela hacia ustedes, significa que comenzaron desde una distancia de 6 metros, y la pelota tardó 0.8 s en llegar.

Pero si la pelota se llevó exactamente 1 segundo al camino, significa que durante el lanzamiento estabas a una distancia de 8 metros, y ahora estás a una distancia de 13 metros.

Por simplicidad, he redondeado todos los valores.

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El punto es que si estás a cierta distancia y te mueves uno con respecto al otro, entonces no es tan fácil determinar distancias: tienen tres valores diferentes:

  1. La distancia a la que se encontraban dos objetos cuando el objeto emisor envió una señal que recibió el observador
  2. La distancia a la que se ubican dos objetos cuando el observador recibe una señal emitida por el emisor.
  3. La distancia que tuvo que recorrer la señal desde el emisor hasta el receptor.


Para los objetos inmóviles, los tres valores son iguales, y para los objetos en movimiento, son diferentes. Y el universo se está moviendo.

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Los objetos conectados por la gravedad, como los planetas del sistema solar, las estrellas en una galaxia y las galaxias en un cúmulo, pueden considerarse inmóviles entre sí, la mayoría de las galaxias se eliminan entre sí. Cuando miramos hacia los bordes lejanos del Universo, miramos hacia el pasado y vemos la luz del tiempo en que los objetos estaban más cerca uno del otro, cuando el Universo se expandió más rápido, desde la antigüedad. Y a diferencia del ejemplo con las escaleras mecánicas, la tasa de expansión del Universo también cambia con el tiempo.

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Hoy, nuestro universo tiene 13.800 millones más / menos varias decenas de millones de años. ¿Qué significa esto para los objetos remotos?

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Considere el poseedor del récord actual, la más distante de las galaxias conocidas, UDFj-39546284. Cuando decimos que está a 13.42 mil millones de años luz de distancia, ¿qué queremos decir?

La distancia que la luz que proviene de ella ha cubierto. Para mí, al menos, esta es una forma razonable de indicar la distancia. En el Universo en expansión, antes las distancias entre los objetos eran menores. A medida que la luz se mueve desde el objeto radiante hacia nuestros ojos, el universo continúa expandiéndose.



¿Qué significa esto para nuestro poseedor del récord?

  1. Esta galaxia estaba a 1.100 millones de años luz de nosotros cuando emitía luz que nos alcanzaba hoy.
  2. La luz que nos llega hoy se emitió cuando el Universo tenía solo 380 millones de años, es decir, el 2.7% de la edad actual.
  3. 13,4 , , 13,4 .
  4. 33 .


Y, aunque nunca se sabe a qué distancia escribe un periodista o escritor, he enumerado todas las opciones posibles.

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Por lo general, se utilizan las dos últimas opciones: la distancia recorrida por la luz o la distancia actual. Podemos suponer que si la distancia en años luz es menor que la edad del universo, entonces hablan sobre el tiempo que viajó la luz, y si es más, sobre la distancia actual actual.

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Para los objetos más cercanos y para los objetos conectados por gravedad, la diferencia entre estas opciones es mucho menor, pero me gustaría que las personas sean más cuidadosas con las palabras. Si todos quisieran saber qué distancia tenía en mente, la que era cuando se emitía la luz, el camino de la luz o la distancia actual al objeto, entonces la confusión sería mucho menor.

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Así es como funcionan las distancias en un universo en expansión.

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