Pregúntele a Ethan: ¿Cuántas galaxias ya han desaparecido de nuestra perspectiva?
Forbes
Las galaxias distantes, como las que se encuentran en el cúmulo de galaxias de Hércules, se están alejando de nosotros. Eventualmente, dejaremos de recibir luz de más allá de cierto punto de ellos. Crédito de la imagen: ESO / INAF-VST / OmegaCAM. Reconocimiento: OmegaCen / Astro-WISE / Kapteyn Institute
Por Ethan Siegel, para Forbes Mayo 12 de 2018
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son suyas, exclusivamente.
Una de las mayores sorpresas para la humanidad sobre el Universo es que el espacio no solo se está expandiendo, sino que la expansión se está acelerando. Cuanto más alejado esté de nosotros una galaxia distante, más rápido parece alejarse, y la velocidad de la recesión parece acelerarse con el tiempo. En algún momento, imaginas, estas galaxias se alejarían de nosotros más rápido que la velocidad de la luz, lo que significa que no solo no podríamos alcanzarlas, ¡sino que ni siquiera podremos verlas más! ¿Es esto cierto y qué significa? Esa es la pregunta de Ask Ethan de esta semana, cortesía de Dan Kien, quien pregunta:
Entonces, ¿Cuántas galaxias observables en la tierra se han perdido de vista? Es decir, ¿cuántas galaxias (con el desplazamiento al rojo más alto) han desaparecido de nuestro punto de vista?
Dependiendo de lo que quiera decir con "desaparecido", la respuesta podría ser ninguno de ellos, o casi todos. Vamos a sumergirnos y ver de lo que estamos hablando.
Toda nuestra historia cósmica es teóricamente bien comprendida, pero solo cualitativamente. Es al confirmar observacionalmente y revelar varias etapas en el pasado de nuestro Universo que deben haber ocurrido, como cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias, que realmente podemos llegar a comprender nuestro cosmos. El Big Bang establece un límite fundamental de cuán atrás podemos ver en cualquier dirección. Crédito de la imagen: Nicole Rager Fuller / National Science Foundation
La forma en que vemos una galaxia es porque:
Parece un escenario bastante directo, ¿verdad? Entonces, cuando miramos hacia el Universo, esperaríamos que pudiéramos ver todas las galaxias que hay. Excepto, es decir, por el hecho de que no podemos.
En una escala logarítmica, el Universo cercano tiene el sistema solar y nuestra Vía Láctea. Pero más allá están todas las demás galaxias en el Universo, la red cósmica a gran escala y, finalmente, los momentos inmediatamente posteriores al Big Bang. Más allá de eso, no hay nada que observar. Crédito de la imagen: usuario de Wikipedia Pablo Carlos Budassi
La primera razón es bastante simple: el universo solo ha tenido una cantidad de tiempo finita para hacer todo esto. El Big Bang dio a luz al Universo tal como lo conocemos hace unos 13.800 millones de años, y las primeras estrellas se formaron entre unas pocas decenas y cientos de millones de años después. En este momento, esa luz más temprana acaba de llegar a los ojos de los humanos y nuestros instrumentos más sofisticados después de un tremendo viaje a través del espacio intergaláctico. A medida que pasa el tiempo, la luz de galaxias cada vez más distantes finalmente llega. Incluso en un universo en expansión, hay galaxias distantes cuya luz finalmente aparecerá a la vista.
Pero no todas las galaxias son visibles. Nuestro universo se ha expandido según lo que contiene: una combinación de radiación, neutrinos, materia normal, materia oscura y energía oscura. Sobre la historia del Universo, eso significa que la luz puede llegar desde distancias tan altas como 46 mil millones de años luz de distancia.
Por supuesto, eso no significa que un objeto que está a 46 mil millones de años luz de distancia hoy va a emitir cualquier cosa que podamos ver. Significa que si un objeto emitiera luz hace 13.800 millones de años, desde una distancia muy pequeña, esa luz estaría llegando ahora, 13.800 millones de años más tarde, y que el objeto que la emitiría estaría a 46 mil millones de años luz de distancia. Ese es el límite de qué tan lejos podemos ver en el Universo observable.
El Universo observable podría ser de 46 mil millones de años luz en todas las direcciones desde nuestro punto de vista, pero ciertamente hay más, un Universo no observable, tal vez incluso una cantidad infinita, igual que la nuestra más allá de eso. Con el tiempo, podremos ver un poco, pero no mucho, más. Crédito de la imagen: Frédéric MICHEL y Andrew Z. Colvin, anotados por E. Siegel
En total, esto significa que hay aproximadamente 2 trillones de galaxias para nosotros, en principio, para observar. Este es un número mayor que nunca, y con el paso del tiempo, se revelarán más. Todas las galaxias que alguna vez hemos podido observar, siempre y cuando todavía tengan estrellas, en principio todavía se pueden observar, más las nuevas. Incluso el hecho de que la expansión del Universo se está acelerando no cambia eso. Una vez que la luz llega desde un objeto distante, mientras ese objeto continúe emitiendo fotones, la expansión del Universo no puede evitar que lleguen. En ese sentido, cero galaxias han desaparecido de la vista.
Los diferentes destinos posibles del Universo, con nuestro destino real y acelerado que se muestra a la derecha. Aunque la expansión del espacio se está acelerando, la luz de los objetos más distantes todavía está llegando a nuestros ojos. Crédito de la imagen: NASA y ESA
Pero lo que hará la expansión del Universo, especialmente desde que la expansión se está acelerando, son las siguientes dos cosas:
1. Significa que hay un límite, en el futuro, a cuán lejos podremos ver los objetos distantes.
2. Significa que hay un límite hoy en día, y ese límite cambia con el tiempo, hasta qué distancia puede estar una galaxia hoy y todavía nos puede enviar nueva luz.
Hoy, lo más lejos que podemos ver es de 46 mil millones de años luz: el límite de visibilidad actual. También podemos calcular el límite de visibilidad futura, y encontramos que es aproximadamente un 33% más grande que el actual: 61 mil millones de años luz de distancia. En función de cómo funcionan los volúmenes, esto significa que algún día tendremos un total de alrededor de 4,7 billones de galaxias para ver, dado el tiempo suficiente, que algún día llegará la luz ultra-distante.
Tenemos múltiples formas diferentes, como a través del brillo (L) o los tamaños aparente / angular (R) de las distancias de medición a los objetos en el Universo. A través de estos métodos, también podemos decir cómo el Universo se ha expandido con el tiempo. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech
Pero esto es abrumadoramente ligero que, desde nuestra perspectiva, ya se emitió hace miles de millones de millones de años. Cuando miramos al Universo distante, no solo estamos mirando hacia atrás en el tiempo, sino que a menudo estamos mirando galaxias que ya se han ido. Con eso, queremos decir que la luz que estas galaxias están emitiendo hoy, 13.8 mil millones de años después del Big Bang, nunca nos alcanzará. Usted ve, el Universo se está expandiendo, y la expansión se está acelerando. Una galaxia distante no solo parece alejarse de nosotros hoy a medida que la estructura del espacio se estira, pero parecerá retroceder más y más rápido a medida que pasa el tiempo. En este momento, las galaxias más allá de una distancia de aproximadamente 15 a 16 mil millones de años luz de nosotros ya retroceden más rápido que la velocidad de la luz.
Las porciones observables (amarillas) y alcanzables (magenta) del Universo, que son lo que son gracias a la expansión del espacio y los componentes energéticos del Universo. Crédito de la imagen: E. Siegel, basado en el trabajo de los usuarios de Wikimedia Commons Azcolvin 429 y Frédéric MICHEL
Esto significa que incluso si nos fuéramos hoy, en una nave espacial que se movía arbitrariamente cerca de ese límite máximo de velocidad, nunca podríamos alcanzar esas galaxias. Significa que la luz que generamos hoy nunca puede alcanzarlos, y la luz que generan hoy nunca puede alcanzarnos. Bajo esa línea de pensamiento:
En otras palabras, en el futuro, tendremos un total de 4,7 billones de galaxias para ver. Y 4.634 billones de ellos ya son inalcanzables, incluso a la velocidad de la luz.
A medida que el Universo se expande, evoluciona y acelera, ninguna información se destruye a medida que pasa por el horizonte, y la información impresa en el horizonte cósmico nunca desaparece del todo. Pero hay un límite a los límites de cuán atrás podemos conectarnos con las galaxias que se encuentran a cierta distancia en el día de hoy. Crédito de la imagen: E. Siegel, con imágenes derivadas de ESA / Planck y el grupo de trabajo interagencial DoE / NASA / NSF sobre la investigación de CMB
¡Este es un problema que empeorará con el paso del tiempo! En este momento, si asumimos que cada uno de los 66 mil millones de galaxias tiene tantas estrellas como la Vía Láctea — 400 mil millones — esto significa que hay aproximadamente 60,000 estrellas que desaparecen de nuestra vista con cada segundo que pasa. Son 300,000 estrellas justo en el tiempo que tardó en leer esta oración. Y otros 200,000 con este. Todavía podremos ver su antigua luz, antes de que el Universo fuera tan viejo como lo es ahora, pero cualquier luz nueva que creen de este punto en adelante nunca nos alcanzará. Y no importa lo que hagamos a partir de ahora, nunca los afectaremos más.
El estudio GOODS-North, que se muestra aquí, contiene algunas de las galaxias más distantes jamás observadas, muchas de las cuales ya no podemos alcanzar. A medida que el tiempo avanza, cada vez más galaxias sufren este mismo destino, desconectándose de nosotros. Crédito de la imagen: NASA, ESA y Z. Levay (STScI)
Todavía queda mucho universo por explorar, por supuesto. Todavía podemos ver las galaxias más distantes, incluso las que ya no podemos alcanzar, simplemente mirando su antigua y antigua luz a medida que llega. Pero con cada momento que pasa, cada vez menos Universo se vuelve accesible para nosotros. Incluso con tecnología arbitrariamente avanzada, más del 98% de todas las galaxias que alguna vez veremos ya están fuera de nuestro alcance. Y con cada año que pasa, aproximadamente cinco galaxias enteras cruzan ese umbral para poder alcanzarlo y dejar de ser alcanzable. No puedo pensar en una mayor motivación para invertir en alcanzar las estrellas y galaxias distantes que la que el Universo nos da a nosotros mismos: las cosas que podemos alcanzar están desapareciendo para siempre. Con cada momento de inacción, desaparece otra posibilidad lejana de hacer contacto.
¡Envía tus preguntas sobre Ask Ethan a startswithabang en gmail dot com ( [email protected] )!
El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor principal de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que se vendan libros.
Comenzó con una explosión...
El universo está ahí fuera, esperando que lo descubras
Forbes
Las galaxias distantes, como las que se encuentran en el cúmulo de galaxias de Hércules, se están alejando de nosotros. Eventualmente, dejaremos de recibir luz de más allá de cierto punto de ellos. Crédito de la imagen: ESO / INAF-VST / OmegaCAM. Reconocimiento: OmegaCen / Astro-WISE / Kapteyn Institute
Por Ethan Siegel, para Forbes Mayo 12 de 2018
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son suyas, exclusivamente.
Una de las mayores sorpresas para la humanidad sobre el Universo es que el espacio no solo se está expandiendo, sino que la expansión se está acelerando. Cuanto más alejado esté de nosotros una galaxia distante, más rápido parece alejarse, y la velocidad de la recesión parece acelerarse con el tiempo. En algún momento, imaginas, estas galaxias se alejarían de nosotros más rápido que la velocidad de la luz, lo que significa que no solo no podríamos alcanzarlas, ¡sino que ni siquiera podremos verlas más! ¿Es esto cierto y qué significa? Esa es la pregunta de Ask Ethan de esta semana, cortesía de Dan Kien, quien pregunta:
Entonces, ¿Cuántas galaxias observables en la tierra se han perdido de vista? Es decir, ¿cuántas galaxias (con el desplazamiento al rojo más alto) han desaparecido de nuestro punto de vista?
Dependiendo de lo que quiera decir con "desaparecido", la respuesta podría ser ninguno de ellos, o casi todos. Vamos a sumergirnos y ver de lo que estamos hablando.
Toda nuestra historia cósmica es teóricamente bien comprendida, pero solo cualitativamente. Es al confirmar observacionalmente y revelar varias etapas en el pasado de nuestro Universo que deben haber ocurrido, como cuando se formaron las primeras estrellas y galaxias, que realmente podemos llegar a comprender nuestro cosmos. El Big Bang establece un límite fundamental de cuán atrás podemos ver en cualquier dirección. Crédito de la imagen: Nicole Rager Fuller / National Science Foundation
La forma en que vemos una galaxia es porque:
- forma estrellas,
- que crean luz,
- que viaja a través del Universo,
- que a su vez se está expandiendo,
- hasta que llegue a nuestros ojos.
Parece un escenario bastante directo, ¿verdad? Entonces, cuando miramos hacia el Universo, esperaríamos que pudiéramos ver todas las galaxias que hay. Excepto, es decir, por el hecho de que no podemos.
En una escala logarítmica, el Universo cercano tiene el sistema solar y nuestra Vía Láctea. Pero más allá están todas las demás galaxias en el Universo, la red cósmica a gran escala y, finalmente, los momentos inmediatamente posteriores al Big Bang. Más allá de eso, no hay nada que observar. Crédito de la imagen: usuario de Wikipedia Pablo Carlos Budassi
La primera razón es bastante simple: el universo solo ha tenido una cantidad de tiempo finita para hacer todo esto. El Big Bang dio a luz al Universo tal como lo conocemos hace unos 13.800 millones de años, y las primeras estrellas se formaron entre unas pocas decenas y cientos de millones de años después. En este momento, esa luz más temprana acaba de llegar a los ojos de los humanos y nuestros instrumentos más sofisticados después de un tremendo viaje a través del espacio intergaláctico. A medida que pasa el tiempo, la luz de galaxias cada vez más distantes finalmente llega. Incluso en un universo en expansión, hay galaxias distantes cuya luz finalmente aparecerá a la vista.
Pero no todas las galaxias son visibles. Nuestro universo se ha expandido según lo que contiene: una combinación de radiación, neutrinos, materia normal, materia oscura y energía oscura. Sobre la historia del Universo, eso significa que la luz puede llegar desde distancias tan altas como 46 mil millones de años luz de distancia.
Por supuesto, eso no significa que un objeto que está a 46 mil millones de años luz de distancia hoy va a emitir cualquier cosa que podamos ver. Significa que si un objeto emitiera luz hace 13.800 millones de años, desde una distancia muy pequeña, esa luz estaría llegando ahora, 13.800 millones de años más tarde, y que el objeto que la emitiría estaría a 46 mil millones de años luz de distancia. Ese es el límite de qué tan lejos podemos ver en el Universo observable.
El Universo observable podría ser de 46 mil millones de años luz en todas las direcciones desde nuestro punto de vista, pero ciertamente hay más, un Universo no observable, tal vez incluso una cantidad infinita, igual que la nuestra más allá de eso. Con el tiempo, podremos ver un poco, pero no mucho, más. Crédito de la imagen: Frédéric MICHEL y Andrew Z. Colvin, anotados por E. Siegel
En total, esto significa que hay aproximadamente 2 trillones de galaxias para nosotros, en principio, para observar. Este es un número mayor que nunca, y con el paso del tiempo, se revelarán más. Todas las galaxias que alguna vez hemos podido observar, siempre y cuando todavía tengan estrellas, en principio todavía se pueden observar, más las nuevas. Incluso el hecho de que la expansión del Universo se está acelerando no cambia eso. Una vez que la luz llega desde un objeto distante, mientras ese objeto continúe emitiendo fotones, la expansión del Universo no puede evitar que lleguen. En ese sentido, cero galaxias han desaparecido de la vista.
Los diferentes destinos posibles del Universo, con nuestro destino real y acelerado que se muestra a la derecha. Aunque la expansión del espacio se está acelerando, la luz de los objetos más distantes todavía está llegando a nuestros ojos. Crédito de la imagen: NASA y ESA
Pero lo que hará la expansión del Universo, especialmente desde que la expansión se está acelerando, son las siguientes dos cosas:
1. Significa que hay un límite, en el futuro, a cuán lejos podremos ver los objetos distantes.
2. Significa que hay un límite hoy en día, y ese límite cambia con el tiempo, hasta qué distancia puede estar una galaxia hoy y todavía nos puede enviar nueva luz.
Hoy, lo más lejos que podemos ver es de 46 mil millones de años luz: el límite de visibilidad actual. También podemos calcular el límite de visibilidad futura, y encontramos que es aproximadamente un 33% más grande que el actual: 61 mil millones de años luz de distancia. En función de cómo funcionan los volúmenes, esto significa que algún día tendremos un total de alrededor de 4,7 billones de galaxias para ver, dado el tiempo suficiente, que algún día llegará la luz ultra-distante.
Tenemos múltiples formas diferentes, como a través del brillo (L) o los tamaños aparente / angular (R) de las distancias de medición a los objetos en el Universo. A través de estos métodos, también podemos decir cómo el Universo se ha expandido con el tiempo. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech
Pero esto es abrumadoramente ligero que, desde nuestra perspectiva, ya se emitió hace miles de millones de millones de años. Cuando miramos al Universo distante, no solo estamos mirando hacia atrás en el tiempo, sino que a menudo estamos mirando galaxias que ya se han ido. Con eso, queremos decir que la luz que estas galaxias están emitiendo hoy, 13.8 mil millones de años después del Big Bang, nunca nos alcanzará. Usted ve, el Universo se está expandiendo, y la expansión se está acelerando. Una galaxia distante no solo parece alejarse de nosotros hoy a medida que la estructura del espacio se estira, pero parecerá retroceder más y más rápido a medida que pasa el tiempo. En este momento, las galaxias más allá de una distancia de aproximadamente 15 a 16 mil millones de años luz de nosotros ya retroceden más rápido que la velocidad de la luz.
Las porciones observables (amarillas) y alcanzables (magenta) del Universo, que son lo que son gracias a la expansión del espacio y los componentes energéticos del Universo. Crédito de la imagen: E. Siegel, basado en el trabajo de los usuarios de Wikimedia Commons Azcolvin 429 y Frédéric MICHEL
Esto significa que incluso si nos fuéramos hoy, en una nave espacial que se movía arbitrariamente cerca de ese límite máximo de velocidad, nunca podríamos alcanzar esas galaxias. Significa que la luz que generamos hoy nunca puede alcanzarlos, y la luz que generan hoy nunca puede alcanzarnos. Bajo esa línea de pensamiento:
- El 96.7% de las galaxias que podemos observar hoy ya se han ido.
- El 98.6% de las galaxias que alguna vez observaremos ya se han ido.
- Y solo, más o menos, 66 mil millones de galaxias todavía son alcanzables por nosotros hoy.
En otras palabras, en el futuro, tendremos un total de 4,7 billones de galaxias para ver. Y 4.634 billones de ellos ya son inalcanzables, incluso a la velocidad de la luz.
A medida que el Universo se expande, evoluciona y acelera, ninguna información se destruye a medida que pasa por el horizonte, y la información impresa en el horizonte cósmico nunca desaparece del todo. Pero hay un límite a los límites de cuán atrás podemos conectarnos con las galaxias que se encuentran a cierta distancia en el día de hoy. Crédito de la imagen: E. Siegel, con imágenes derivadas de ESA / Planck y el grupo de trabajo interagencial DoE / NASA / NSF sobre la investigación de CMB
¡Este es un problema que empeorará con el paso del tiempo! En este momento, si asumimos que cada uno de los 66 mil millones de galaxias tiene tantas estrellas como la Vía Láctea — 400 mil millones — esto significa que hay aproximadamente 60,000 estrellas que desaparecen de nuestra vista con cada segundo que pasa. Son 300,000 estrellas justo en el tiempo que tardó en leer esta oración. Y otros 200,000 con este. Todavía podremos ver su antigua luz, antes de que el Universo fuera tan viejo como lo es ahora, pero cualquier luz nueva que creen de este punto en adelante nunca nos alcanzará. Y no importa lo que hagamos a partir de ahora, nunca los afectaremos más.
El estudio GOODS-North, que se muestra aquí, contiene algunas de las galaxias más distantes jamás observadas, muchas de las cuales ya no podemos alcanzar. A medida que el tiempo avanza, cada vez más galaxias sufren este mismo destino, desconectándose de nosotros. Crédito de la imagen: NASA, ESA y Z. Levay (STScI)
Todavía queda mucho universo por explorar, por supuesto. Todavía podemos ver las galaxias más distantes, incluso las que ya no podemos alcanzar, simplemente mirando su antigua y antigua luz a medida que llega. Pero con cada momento que pasa, cada vez menos Universo se vuelve accesible para nosotros. Incluso con tecnología arbitrariamente avanzada, más del 98% de todas las galaxias que alguna vez veremos ya están fuera de nuestro alcance. Y con cada año que pasa, aproximadamente cinco galaxias enteras cruzan ese umbral para poder alcanzarlo y dejar de ser alcanzable. No puedo pensar en una mayor motivación para invertir en alcanzar las estrellas y galaxias distantes que la que el Universo nos da a nosotros mismos: las cosas que podemos alcanzar están desapareciendo para siempre. Con cada momento de inacción, desaparece otra posibilidad lejana de hacer contacto.
¡Envía tus preguntas sobre Ask Ethan a startswithabang en gmail dot com ( [email protected] )!
El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor principal de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que se vendan libros.