Objetos distantes não deveriam parecer ampliados?
(astronomy.stackexchange.com)- Na expansão do Universo, quanto maior a distância, nem sempre os objetos parecem menores; depois de certo ponto, eles podem voltar a parecer maiores por causa do ponto de virada da distância de diâmetro angular
- No modelo padrão ΛCDM, o ponto de virada fica perto de um desvio para o vermelho de cerca de 1,5, uma distância de cerca de 15 bilhões de anos-luz e um tempo de viagem da luz de cerca de 10 bilhões de anos
- Uma galáxia de 400 milhões de anos após o Big Bang está hoje a uma distância de cerca de 32 bilhões de anos-luz, mas seu tamanho aparente pode ser semelhante ao de uma galáxia a cerca de 2,7 bilhões de anos-luz
- Pode-se entender assim: galáxias próximas parecem grandes e brilhantes; galáxias mais distantes vão ficando menores; e galáxias extremamente distantes voltam a parecer grandes, escuras e vermelhas
- Essas distâncias são valores arredondados, sensíveis aos parâmetros de expansão do Universo, e os exemplos de cálculo são baseados na calculadora de Ned Wright
Ponto de virada da distância de diâmetro angular
- A discussão parte da pergunta sobre se, caso o próprio espaço esteja se expandindo, objetos muito distantes deveriam parecer ampliados
- Como exemplo, aparece uma galáxia observada pelo JWST de cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang
- Também aborda se o efeito só se torna perceptível fora do horizonte observável e o quanto a escala do espaço naquela época diferia da atual
Pontos de referência no ΛCDM padrão
- Em modelos de expansão do Universo, esse fenômeno é de fato possível e é chamado de Angular diameter distance turnaround ou turnover
- No modelo ΛCDM comum, o ponto de virada fica aproximadamente nas seguintes faixas
- Desvio para o vermelho de cerca de 1,5
- Distância de cerca de 15 bilhões de anos-luz
- Tempo de viagem da luz de cerca de 10 bilhões de anos
- Cerca de 4 bilhões de anos após o Big Bang
- Devido ao efeito da expansão do espaço, essa distância é maior do que a distância obtida por uma simples conversão a partir do tempo de viagem da luz
- Como os números são sensíveis aos parâmetros de expansão do Universo, devem ser vistos como valores arredondados
Exemplo de galáxia primitiva do JWST
- Uma galáxia de cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang corresponde a uma distância atual de cerca de 32 bilhões de anos-luz
- Considerando apenas o tamanho aparente, essa galáxia pode parecer semelhante a uma galáxia a cerca de 2,7 bilhões de anos-luz
- Esse valor calculado é usado como exemplo vindo da calculadora de Ned Wright
Materiais úteis para a compreensão visual
- xkcd 2622 é um exemplo que mostra esse fenômeno em forma de ilustração
- Na ilustração, uma “galáxia” próxima aparece grande e brilhante, galáxias mais distantes aparecem pequenas, e galáxias extremamente distantes aparecem grandes, escuras e vermelhas
- Uma explicação mais detalhada pode ser vista em Understanding The Turnover Point of Angular Diameter Distance
- O diagrama na resposta de Can the difference between a star and a galaxy which are point sources be detected?, do mesmo fórum, também ajuda a entender esse fenômeno
1 comentários
Opiniões no Hacker News
Vale a pena ler o artigo educacional "Expanding Confusion" (2003) [0]https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0310808.pdf, um clássico sobre o tema
Pode dar vertigem tentar manter ao mesmo tempo, numa cabeça euclidiana, um universo em expansão acelerada em relação aos objetos [1]https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-expansion-n... e uma velocidade da luz fixa e finita
É preciso estar pronto para curtir o processo de desenhar diagramas e chegar, com esforço manual, a conclusões contraintuitivas
Isso me fez lembrar de: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Terrell_rotation
Ao se mover em velocidades relativísticas, mesmo que o objeto esteja de fato seguindo em linha reta, ele parece girar para o observador, e dá até para ver a parte de trás dele
É porque há uma diferença de tempo para a luz emitida por partes diferentes do objeto chegar ao observador
A luz que vem do lado mais distante demora mais e, nesse intervalo, o objeto continua se movendo
Portanto, o motivo de vermos a parte de trás do objeto é que, enquanto a luz emitida por essa parte traseira viaja, a traseira do objeto sai do caminho dessa luz
Quer dizer que a forma de um objeto se movendo a uma velocidade próxima à da luz não parece “achatada” para o observador, e sim como se tivesse sido rotacionada
Seria razoável ver a radiação cósmica de fundo em micro-ondas como um limite desse fenômeno?
Fico curioso se dá para encará-la como o resíduo do Big Bang ampliado ao máximo e redshiftado tanto quanto é possível hoje
Nessa alternativa, o momento em que o universo se tornou transparente à luz seria um pouco anterior ao instante que aparece na radiação de fundo, e tudo que é “mais distante” que isso teria acontecido fora do nosso cone de luz
Ou seja, seria “elsewhere” no sentido técnico (https://web.phys.ksu.edu/fascination/Interlude1.pdf)
Nessa alternativa, a expansão do universo talvez também pudesse ser explicada pela atração gravitacional entre a matéria fora do nosso cone de luz e a matéria dentro dele
Provavelmente existe algum argumento explicando por que não é isso, mas eu não conheço bem
Seria preciso explicar por que justamente aquele ponto da história
Será que a distância máxima é constante, e a radiação cósmica de fundo em micro-ondas está mudando sutilmente de algum modo que ainda não percebemos, à medida que o ponto do “passado mais distante” avança no tempo?
Ou talvez, por algum motivo, a velocidade da luz tenha mudado naquele momento, cortando o restante do universo do nosso campo de visão
Bom. Há temas que ouvimos em aula e deixamos passar sem pensar muito, e só percebemos o quanto eles dão um nó na cabeça quando alguém para e diz “espera aí”
A interpretação do vetor de Poynting é um desses casos
Vamos um passo além. Supondo que o telescópio seja grande o bastante e o sensor sensível o suficiente, como seriam as estruturas do universo mais profundo?
Existiriam estruturas anteriores à formação das galáxias, menores que galáxias, mas ocupando uma região enorme do céu?
Será que estruturas de algum momento do passado ocupam uma área tão grande no céu que só algumas conseguem “caber”, e, nesse caso, poderíamos explicar isso de modo equivalente, pelos cálculos, dizendo que a região do universo observável por nós naquela época era muito menor?
Fotos reais são fáceis de encontrar
O problema é que, embora esses sejam os fótons mais antigos que podemos ver, eles ainda vêm de quando o universo tinha cerca de 400 mil anos, e a largura do universo naquela época era de algo como 100 milhões de anos-luz
Essa imagem mostra que o universo era quase perfeitamente homogêneo, e basicamente não havia estruturas como as que você perguntou
Para enxergar mais longe, seria preciso abrir mão completamente dos fótons e, provavelmente, sondar o universo primordial com ondas gravitacionais
Ondas gravitacionais deveriam conseguir nos mostrar o universo ainda anterior, completamente opaco
Hoje, com observatórios de ondas gravitacionais, só conseguimos “ver/ouvir” os eventos mais brilhantes e barulhentos do universo, mas o simples fato de isso ser possível já é impressionante
A humanidade criou, de certo modo, um novo sentido que nenhum ser vivo conhecido possui, e o projeto LISA deverá permitir ouvir muito mais coisas
Interessante. Tenho uma pergunta relacionada. Quando vemos Andrômeda, que tem 220 mil anos-luz de diâmetro, estamos vendo-a um pouco de lado
Como a galáxia se moveu em relação a nós durante esses 220 mil anos, as estrelas da borda de trás não deveriam estar em posições relativamente diferentes no céu em comparação com as estrelas da borda da frente?
Uma coisa que sempre me incomoda ao observar objetos tão distantes é o atraso temporal
Se a luz leva 4 anos-luz para viajar em uma direção, isso é do ponto de vista do observador no ponto de partida; do ponto de vista do fóton que observamos, não é muito menos que 4 anos? Dá até para falar em “anos” nesse caso?
Então, quando olhamos Alpha Centauri pelo telescópio, estamos mesmo vendo Alpha Centauri de 4 anos atrás? Não seria algo muito mais recente?
Ou, se uma pessoa de 30 anos viajasse de Alpha Centauri até a Terra à velocidade da luz, ela chegaria com cerca de 31 anos, 4 anos depois, efetivamente viajando para o futuro? Se voltasse imediatamente, as pessoas em Alpha Centauri encontrariam a pessoa com cerca de 32 anos, retornando 8 anos depois?
Nesse caso, talvez a ideia do Superman de viajar no tempo voando muito rápido ao redor da Terra estivesse certa, só que a direção seria o futuro, não o passado
Talvez algum dia um bilionário tente dar voltas muito rápidas pelo Sistema Solar durante algumas décadas para pular mais ou menos um século
Um fóton viajando entre Alpha Centauri e a Terra não experimenta o tempo, então, na prática, chega instantaneamente
Mas nós, como observadores, vemos que essa viagem levou 4 anos
Se isso é recente ou não é uma questão relativa, sem muito significado
Do ponto de vista do fóton, é recente; do nosso, aquela luz tem 4 anos
Então parece que esses objetos ficariam mais difíceis de detectar. A luz se espalha por uma área maior, então a quantidade de luz que chega a cada pixel do detector diminui em relação a quando não havia ampliação
Por outro lado, isso também significa que conseguimos ver estruturas detalhadas que originalmente não seriam visíveis
Isto é bem chocante. O xkcd linkado mostra esse efeito de forma excelente, talvez até exagerada
Objetos no espelho podem estar mais distantes do que parecem
Aumente o brilho e dê zoom