Pergunte a Ethan #41: Namorando o Universo Distante
Crédito da imagem: S. Perlmutter et al., 1998, Supernova Comsology Project, via http://www-supernova.lbl.gov/public/.
Como sabemos quantos anos os objetos mais distantes que vemos realmente têm?
Às vezes, uma pessoa tem que percorrer uma distância muito longa do seu caminho para voltar uma curta distância corretamente. – Eduardo Albee
Finalmente aconteceu aqui no Ask Ethan: pela primeira vez, alguém que está enviando seus perguntas e sugestões está recebendo um segundo um respondeu! A primeira submissão do nosso leitor garbulky foi selecionada desde Pergunte ao Ethan #11 . Bem, o raio caiu duas vezes, porque esta semana, esta foi a pergunta que me chamou a atenção:
Estávamos falando sobre a supernova de 12 bilhões de anos e me perguntaram 'como sabemos que é tão antiga?' Respondi que tinha algo a ver com a velocidade da luz e o tempo necessário para chegar aqui. O acompanhamento foi e se vivêssemos em um lugar diferente no universo? Como saberíamos então quantos anos tinha? E nossa resposta não seria diferente?
A velocidade da luz é, obviamente, finita, e isso nos diz algo muito importante sobre algum objetos distantes no Universo.
Crédito da imagem: 2013 Alan Dyer, via http://amazingsky.net/2013/12/10/orion-and-canis-major-rising/ .
Esta é a estrela mais brilhante no céu noturno: Sírius . Está localizado a uma distância de 8,6 anos-luz de distância, o que significa que a luz nos alcança agora mesmo foi emitido a partir dele 8,6 anos atrás. Isso também significa que se alguém na localização de Sirius tivesse a tecnologia para nos ver, eles veriam a Terra exatamente como ela estava. 4 de novembro de 2005 , com Israel lamentando o 10º aniversário desde O assassinato de Rabin , a motins franceses em pleno andamento e protestos em massa acontecendo contra o presidente americano Bush.
É relativamente simples descobrir até onde estamos procurando um objeto como uma estrela em nossa galáxia: você mede sua distância e, como sabe, velocidade da luz , você pode calcular o tempo de viagem da luz. Isso é verdade para quaisquer dois pontos no Universo que permaneçam aproximadamente à mesma distância um do outro enquanto a luz viaja.
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons LucasVB, via http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_light#mediaviewer/File:Earth_to_Sun_-_en.png .
Podemos fazer um excelente trabalho de descobrir qual é a distância de vários objetos aprendendo sobre como eles funcionam. Por exemplo, certos tipos de estrelas variam em intensidade ao longo do tempo e há uma relação muito próxima entre o período de variabilidade dessas estrelas e seu brilho intrínseco.
Então, se você puder medir quanto tempo uma estrela variável leva para passar de brilhante a fraca a brilhante novamente, e você pode identificar a classe/tipo de estrela, você pode aprender a que distância de você está.
Crédito da imagem: Joel D. Hartman , Universidade de Princeton, via http://www.astro.princeton.edu/~jhartman/M3_movies.html .
Este método nos diz a distância de aglomerados estelares, aglomerados globulares e galáxias próximas e, em seguida, outras relações entre as propriedades que essas galáxias exibem (como propriedades de rotação, flutuações de brilho da superfície ou dispersões de velocidade) nos permitem descobrir a que distância o ainda mais distante objetos no universo são.
Crédito da imagem: NASA/ESA, Equipe do Projeto Hubble Key e Equipe de Pesquisa de Supernovas High-Z, via http://www.spacetelescope.org/images/opo9919i/ .
E, finalmente, podemos usar supernovas - particularmente as bem conhecidas que vêm em um brilho muito padrão: o Supernovas do tipo Ia - para medir distâncias com muita precisão para os lugares mais distantes do Universo de onde eles saem. Mesmo, como Garbulky alude, se eles saíssem bilhões de anos atrás.
Mas há um problema em simplesmente medir a distância desses objetos e tentar calcular a quantidade de tempo que se passou da maneira que faríamos para, digamos, Sirius. O problema é este: a maior parte do Universo não é permanecendo à mesma distância da Terra, nem mesmo aproximadamente. Porque o Universo não é um lugar estático: é Expandindo !
Crédito da imagem: obtido de John D. Norton na Universidade de Pittsburgh, modificado por mim.
Seu o próprio espaço que está se expandindo, o que significa tudo nele que não está gravitacionalmente ligado para nós está se expandindo para longe de nós ao longo do tempo. Isso certamente complica as coisas e foi uma fonte de grande dificuldade em determinar quão longe no tempo estávamos olhando – quando vimos um objeto muito distante – durante a maior parte do século 20. Porque, você vê, não é como se você pudesse pegar uma galáxia distante, medir a distância até ela e saber imediatamente o seguinte:
- Quão longe estava de nós quando a luz foi emitida,
- Quão longe está agora que a luz está sendo recebida, e
- Quanto tempo a luz levou ao longo de sua jornada para alcançar seus olhos.
Para isso, você precisaria de um pouco mais de informações do que somente a distância do objeto agora .
Crédito da imagem: James Imamura da Universidade de Oregon, via http://hendrix2.uoregon.edu/~imamura/123cs/lecture-5/lecture-5.html .
O que você realmente precisa são mais duas informações. Primeiro, você precisa saber toda a história de expansão do Universo , ou a que taxa estava se expandindo quando a luz deixou o objeto distante, a que taxa está se expandindo agora quando você está recebendo essa luz e a que taxa ela se expandiu durante todo esse tempo intermediário.
Parece assustador? Na verdade, é muito simples por uma razão simples: a teoria da gravidade de Einstein – Relatividade Geral – não nos dá muitas opções! Se pudermos medir a taxa de expansão agora (o que conseguimos fazer desde a década de 1920), e nós podemos descobrir qual é o conteúdo de energia do universo , então conhecemos toda a história de expansão do Universo, desde o Big Bang!
Crédito da imagem: eu.
E nós Faz saiba disso; aprendemos isso muito bem nas últimas três décadas!
Então, qual é a segunda informação? Nós apenas temos que medir o quanto a luz do objeto que estamos observando se desviou para o vermelho. À medida que o tecido do espaço do Universo se expande, o comprimento de onda da luz em seu universo se estende também , o que significa que sua luz se acende economizar na cor. Mas isso é fantástico, porque todo de sua luz muda para o vermelho! E sabemos como os átomos, estrelas e luz se comportam, então tudo o que precisamos fazer é fazer as medições apropriadas para saber exatamente quanto a luz de um objeto distante desvia para o vermelho.
Crédito da imagem: imagem de domínio público por Harold T. Stokes, via usuários do Wikimedia Commons Ian Tresman ( Iantresman ) e Georg Wiora ( dr Jorge ).
assim é isso ! Você mede o distância para o objeto usando vários métodos - para uma supernova, você mede sua curva de luz - e também mede o desvio para o vermelho do objeto (espectroscopicamente, para uma supernova).
Você pega essas duas informações, junto com o que sabemos ser a história da expansão do Universo, e podemos descobrir exatamente quanto tempo se passou entre o momento em que o fóton original foi emitido e quando chegou ao nosso olho.
Crédito da imagem: Larry McNish do RASC Calgary Center, via http://calgary.rasc.ca/redshift.htm .
E é assim que sabemos há quanto tempo qualquer fenômeno que estamos observando no Universo aconteceu! Como, de fato, sabemos que o Universo tem 13,82 bilhões de anos desde o Big Bang, podemos descobrir quantos anos tinha o universo quando a luz foi emitida de cada objeto que olhamos!
Obrigado por uma ótima pergunta, e se você quiser ter a chance de escolher o assunto da nossa próxima coluna Pergunte ao Ethan, envie seu perguntas e sugestões aqui!
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