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Pergunte a Ethan No. 12: Distâncias no Universo

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Este pedaço de céu é a constelação de baleia. Aqui observamos um conjunto de galáxias que foram usadas para observar os vícios alimentares de galáxias jovens enquanto elas crescem. Cada um dos pequenos pontos é uma galáxia, como era de três a cinco bilhões de anos após o Big Bang. Eles foram estudados usando as ferramentas VLT e SINFONI. Mapas coloridos mostram o movimento do gás nas galáxias. O gás azul se move em nossa direção em relação à galáxia como um todo, o gás vermelho é removido. essas cores permitem aos astrônomos descobrir se as galáxias estão girando como discos ou se movendo de maneira diferente.
A luz acredita que se move mais rápido do que qualquer outra coisa, mas está enganada. Não importa a rapidez com que a luz se mova, ela sempre descobre que a escuridão já apareceu lá antes e está esperando por ela.
- Terry Pratchet

O leitor pergunta:
Quando eles dizem sobre um objeto que está a 13,8 bilhões de anos-luz de distância, isso significa a distância atual do objeto, qual a distância quando a luz do objeto foi em nossa direção ou a distância percorrida pela luz?
De fato, devido à expansão do universo, essas três opções devem ser muito diferentes.

Desejo que todos tenham aderido à mesma definição. Infelizmente, essas três distâncias são realmente diferentes e nem todos usam a mesma distância, descrevendo a distância do objeto. Faça uma analogia simples.

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Imagine dois lances de escada lado a lado. Você está de pé em um, seu amigo no outro. Ele fica mais baixo e segura uma bola nas mãos. Seu amigo joga uma bola para você a uma certa velocidade, leva um certo tempo para viajar até você e, se você conhece esses dois valores, pode calcular a distância até um amigo. Digamos que a bola voou a uma velocidade de 10 metros por segundo, voou 1 segundo e você está a 10 metros do seu amigo. (Suponha, por simplicidade, que a gravidade não atue na bola). [Aproximadamente. trans.: e resistência do ar; mas é melhor imaginar que você está de pé em viajantes, e a gravidade não vai incomodá-lo].

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Agora complicamos a tarefa e colocamos você e seu amigo em escadas rolantes que se deslocam em direções opostas - você está subindo e cada uma está descendo. Digamos que a velocidade de cada um seja 2,5 m / s.

E nem tudo é tão simples.

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Se o seu amigo jogar a bola a uma velocidade de 10 m / s, e você começar a uma distância de 10 metros, a bola levará mais de um segundo para avançar e, após a sua chegada, você não estará a 10 metros um do outro. No baile, serão necessários 1,3s e, a essa altura, você estará a uma distância de 17 metros.

Se você estiver a uma distância de 10 metros um do outro no momento em que a bola voa para você, significa que você começou a uma distância de 6 metros e a bola levou 0,8 s para ir.

Mas se a bola levou exatamente 1 segundo para o caminho, significa que, ao arremessar, você estava a uma distância de 8 metros, e agora você está a uma distância de 13 metros.

Para simplificar, arredondei todos os valores.

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O ponto é que, se você estiver a alguma distância e se mover em relação um ao outro, não será tão fácil determinar a distância - eles terão três valores diferentes:

  1. A distância em que dois objetos estavam quando o objeto emissor enviou um sinal que o observador recebeu
  2. A distância em que dois objetos estão localizados quando o observador recebeu um sinal emitido pelo remetente.
  3. A distância que o sinal teve que percorrer do remetente ao receptor.


Para objetos imóveis, todos os três valores são iguais e, para objetos em movimento, são diferentes. E o universo está apenas se movendo.

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Objetos conectados pela gravidade, como planetas no sistema solar, estrelas em uma galáxia e galáxias em um aglomerado, podem ser considerados imóveis em relação um ao outro, a maioria das galáxias é removida uma da outra. Quando olhamos para as extremidades do Universo, olhamos para o passado e vemos a luz do momento em que os objetos estavam mais próximos, quando o Universo se expandiu mais rapidamente, desde os tempos antigos. E, diferentemente do exemplo das escadas rolantes, a taxa de expansão do Universo também muda com o tempo.

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Hoje, nosso universo é 13,8 bilhões mais / menos várias dezenas de milhões de anos. O que isso significa para objetos remotos?

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Considere o detentor do registro atual, a mais distante das galáxias conhecidas, UDFj-39546284. Quando dizemos que está a 13,42 bilhões de anos-luz de distância, o que queremos dizer?

A distância que a luz que viaja percorreu. Para mim, pelo menos, essa é uma maneira razoável de indicar a distância. Em um universo em expansão, anteriormente as distâncias entre os objetos eram menores. À medida que a luz se move do objeto radiante para os nossos olhos, o universo continua a se expandir.



O que isso significa para o nosso recordista?

  1. Esta galáxia estava a 1,1 bilhão de anos-luz de nós quando emitiu luz chegando até nós hoje.
  2. A luz que hoje chega a nós foi emitida quando o Universo tinha apenas 380 milhões de anos, ou seja, 2,7% da idade atual.
  3. 13,4 , , 13,4 .
  4. 33 .


E, embora você nunca saiba a que distância um jornalista ou escritor escreve, listei todas as opções possíveis.

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Geralmente, as duas últimas opções são usadas - a distância percorrida pela luz ou a distância atual. Podemos assumir que, se a distância em anos-luz é menor que a idade do universo, eles falam sobre o tempo em que a luz viajou e, se houver, sobre a distância atual atual.

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Para objetos mais próximos e para objetos conectados pela gravidade, a diferença entre essas opções é muito menor, mas eu ainda gostaria que as pessoas tivessem mais cuidado com as palavras. Se todos indicassem a que distância ele se refere - o que era quando a luz era emitida, o caminho da luz ou a distância atual do objeto, haveria muito menos confusão.

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É assim que as distâncias funcionam em um universo em expansão.

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