Las anisotropías del Fondo Cósmico de Microondas (CMB) según lo observado por Planck. El CMB es una instantánea de la luz más antigua de nuestro Universo, impresa en el cielo cuando el Universo tenía apenas 380.000 años de antigüedad. Crédito de la imagen: ESA and the Planck Collaboration (CC BY-SA 3.0 IGO)
Original de Jillian Scudder, para Forbes Abril 28 de 2017
Jillian es Ph. D en astrofisica y responde sus preguntas acerca del espacio.
Las opiniones expresadas por el autor son solo y exclusivamente de él.
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Pregunta:
Como una ola cuando la luz viaja a través del universo, ¿pierde energía? Por ejemplo, ¿cuál es la longitud de onda de 450 nm (azul) de luz después de viajar un billón (1.000.000.000.000) km en el universo? Muchas gracias.
Responde: Jillian Scuder
¡Lo hace! Esta pérdida de energía se denomina oficialmente un desplazamiento al rojo cosmológico, y es una combinación interesante de la forma en que la luz se mueve a través del espacio, y la naturaleza de la expansión de nuestro Universo.
La luz se comporta tanto como una partícula como como una onda. Dependiendo de la situación, puede ser más fácil hablar de los fotones de la partícula de luz, o las ondas de luz - para viajar las grandes distancias de espacio, y funciona. Sin embargo, la energía de la luz está estrechamente ligada a una de sus propiedades más ondulatorias: su longitud de onda. La longitud de onda mide las distancias entre los picos y puede usarse para medir las distancias entre las olas del océano, o puede ser usada para medir con mucha precisión el color de la luz que llega a los ojos o a una cámara. Cuanto más corta sea la longitud de onda de la luz, más azul será el color. Cuanto más azul es la luz, más energía tiene y cosas como los rayos gamma y los rayos X tienen más energía que cualquier cosa que nuestros ojos puedan detectar.
Esta nueva imagen de color falso de los telescopios espaciales Hubble, Chandra y Spitzer de la NASA muestra un chorro gigante de partículas que se ha disparado desde la vecindad de un tipo de agujero negro supermasivo llamado quasar. Diferentes longitudes de onda de la luz se reflejan en los diferentes colores. Crédito de la imagen: NASA / JPL-Caltech / Yale Univ.
Así que imaginemos que tenemos un espacio de tres pies de largo, y una resorte flexible, de casi tres pies de largo. Para alcanzar desde un borde de nuestro espacio a otro, tendremos que estirar un poco el resorte, pero la distancia entre las bobinas no será muy grande. Si comenzamos a extender el resorte, y de repente nos damos cuenta de que nuestro espacio se había duplicado de tamaño, tendríamos que estirar el resorte mucho más, y la distancia entre las bobinas sería mucho mayor.
Esto es fundamentalmente lo que sucede a la luz, ya que viaja a través de un universo en expansión. El universo como un todo se está expandiendo, lo que significa que el espacio entre muchas galaxias está aumentando. A medida que la luz se aleja de una galaxia, el Universo se está expandiendo continuamente, lo que significa que la distancia que la luz necesita para viajar también está aumentando continuamente su longitud. A medida que el espacio se extiende por debajo de un haz de luz, su longitud de onda aumenta y su energía disminuye. Medir esta pérdida de energía es una de las principales maneras en que la distancia se mide ahora en el Universo. Esta métrica funciona bien porque tenemos un buen sentido (a partir de otras mediciones) de cuán rápido el Universo se ha expandido y cuál debería ser la pérdida de energía para la luz desde que comenzó su viaje en una época anterior.
El concepto de este artista sitúa las distancias del sistema solar en perspectiva. La barra de escala está en unidades astronómicas, con cada distancia establecida más allá de 1 AU que representa 10 veces la distancia anterior. Crédito de la imagen: NASA/JPL-Caltech
Aun cuando, un trillón de kilómetros, (1 billón) sobre un patrón astronómico, es todavía relativamente pequeño. Un billón de kilómetros (mil millones) es aproximadamente una décima de un año luz (unas cinco semanas de tiempo de viaje ligero). Esta distancia es suficientemente pequeña para que una unidad más útil sea la unidad astronómica (au) que mide la distancia entre la Tierra y el Sol. Un billón de kilómetros es de unos 10.000 au. En la escala de nuestro sistema solar, esto se extendería desde el Sol hasta no completamente en la nube de Oort. Esta distancia te pondría más allá de Plutón, que orbita nuestro sol a unos 40 au desde el Sol, y bien pasado cualquier planeta hipotético 9, que se supone que colgar alrededor de 200 au desde el Sol.
Tan lejanas como son estas medidas, esto mide solamente nuestro vecindario cósmico más cercano, y en este régimen, el espacio no se está expandiendo. Todo dentro de nuestra Galaxia está vinculado gravitacionalmente entre sí mucho más fuertemente de lo que la expansión del Universo puede separar. La expansión no es tan rápida que es capaz de cortar la Galaxia aparte. La pérdida de energía de la luz sólo entra en juego a escalas mucho más grandes, mucho más allá de las galaxias más cercanas.
Nota: es importante recordar que 1 rillón para los angloparlantes es un 1 seguido de 12 ceros y para nosotros los hispanos es un 1 con dieciocho ceros... de igual manera 1 billón para ellos es un 1 seguido de nueve ceros mientras que para nosotros es un 1 seguido de doce ceros...
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