Quantos anos tem a luz mais antiga visível da Terra?

Como a luz só pode viajar tão rápido, toda a luz que vemos no céu foi emitida em um momento anterior no tempo. Então, se, por exemplo, vemos uma supernova ou algum outro grande evento estelar, no momento em que o vemos, talvez demore muito. Isso me deixou meio curiosa, qual é a luz mais antiga que podemos ver da terra?

O universo tem aproximadamente 13 bilhões de anos, mas provavelmente não estamos no limite do universo conhecido, portanto toda a luz que vemos tem menos de 13 bilhões de anos. Então, qual é a luz mais antiga que podemos ver? e como uma pergunta opcional de acompanhamento, como sabemos a idade dessa luz?

Acho que a própria luz pode não ser literalmente "velha", mas provavelmente é óbvio o que estou perguntando aqui, de outra forma: qual a maior distância que a luz visível da Terra emitida agora viajou para alcançar a Terra? Embora essa reforma da pergunta fique um pouco confusa com os efeitos das lentes.

A luz mais antiga do universo é o fundo cósmico de microondas . Aproximadamente 380.000 anos após o Big Bang, prótons e elétrons "recombinaram" ¹ em átomos de hidrogênio. Antes disso, qualquer fóton dispersava os elétrons livres no espaço de preenchimento do plasma, e o universo era essencialmente opaco à luz. Uma vez que a recombinação ocorreu, no entanto, os fótons foram capazes de "desacoplar" dos elétrons e se mover através do espaço sem impedimentos. Essa radiação de relíquia ainda é observável hoje; foi redshifted e resfriado.

Podemos detectar luz de objetos muito distantes, e temos. Faz mais sentido falar sobre distância em termos de desvio para o vermelho ; quanto maior o desvio para o vermelho, mais distante o objeto está. Existem vários objetos com desvio para o vermelho extremamente alto, alguns dos quais tiveram suas medições confirmadas e outros não. Os candidatos incluem

• MACS0647-JD (desvio para o vermelho ), uma galáxia muito distante.$z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$
• UDFj-39546284 (desvio para o vermelho de a ), outra galáxia ou protogaláxia (embora sua distância seja incerta e sua natureza exata seja contestada).$z=10$$z=12$
• GN-z11 (desvio para o vermelho ), uma galáxia distante muito luminosa.$z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$

No entanto, todos esses objetos se formaram centenas de milhões de anos após o Big Bang; portanto, a luz que vemos deles é muito "mais jovem" do que a do fundo cósmico de microondas.

^{1 Nunca gostei do uso nesse contexto, pois foi a primeira vez que eles se combinaram; o "re" é meio enganoso.}

Qual é a luz mais antiga que podemos ver?

O Fundo Cósmico de Microondas é considerado a radiação EM mais antiga detectável por nós. Está no espectro de microondas, por isso não pode ser visto a olho nu, mas é captado por "radiotelescópios". Chamamos isso de "luz" no sentido amplo.

Um aspecto notável sobre essa radiação de fundo é sua quase uniformidade em todas as direções. Os astrônomos raciocinam que a uniformidade é forte demais para que a fonte seja realmente grande como um balão enorme ... mas esse seria o caso se tudo estivesse realmente tão distante quanto parece.

Se fosse realmente tão grande quanto parece, levaria o dobro da idade do universo para um lado ser afetado pelo outro lado! Em vez disso, os astrônomos acreditam que o que vemos foi um corpo muito pequeno, que se tornou maior; é por isso que parece o mesmo em cada direção. Parte do crescimento é chamado de expansão métrica do espaço e tem um significado diferente do crescimento comum.

Como sabemos a idade dessa luz?

A idade da luz cósmica de fundo só pode ser determinada indiretamente , primeiro sabendo há quanto tempo o Big Bang aconteceu, depois calculando quando a luz foi emitida no curso do Big Bang.

Ao comparar a taxa na qual tudo parece estar aumentando com o tamanho, parece que da mesma maneira que você pode estimar quanto tempo levaria para chegar a um lugar, dada a velocidade da estrada e a distância, calculamos a constante de Hubble . Isso nos ajuda a calcular há quanto tempo o Big Bang aconteceu.

Além disso, existem certas "ondas sonoras" ( oscilações acústicas bariônicas ) em que coisas antigas que vemos, incluindo o fundo cósmico de microondas, ficam mais brilhantes e mais escuras com um ritmo, como o pêndulo de um relógio. Eles podem ser medidos da esquerda para a direita (para mover objetos) ou monitorando um vídeo (para objetos fixos). Medir esses ritmos e compará-los com a Constante Hubble também ajuda a calcular há quanto tempo o Big Bang aconteceu.

Finalmente, o fundo de microondas possui qualidades físicas (como temperatura e densidade) que permitem determinar quando foi emitido durante a expansão e o resfriamento do Big Bang. Juntos, usando todos esses cálculos, é como calculamos a idade da luz cósmica de fundo do microondas.

Os astrônomos acreditam que esse cálculo combinado (chamado "LCDM", "Lambda-CDM" ou "Big Bang Cosmology") é muito bom porque os diferentes números se alinham, na maior parte * . Eles tiveram o prazer de relatar mais boas descobertas em 2018, quando terminou um estudo chamado Dark Energy Survey. No entanto, como o LCDM inclui certas suposições que nunca podem ser validadas e, como ainda existem algumas discrepâncias inexplicáveis, não sabemos se outro tipo de cálculo seria melhor, desde que ele ainda se ajuste às medidas.

Como sabemos que esta é a luz mais antiga?

É apenas pensando nas qualidades físicas do fundo cósmico da micro-ondas e pensando em quando, durante o Big Bang, ele deve ter emitido sua luz, que os astrônomos a identificaram como a luz mais antiga possível no universo, mais antiga que quaisquer estrelas ou galáxias. Não nos diz quantos anos ela tem por si só; de fato, os astrônomos estão sempre certificando-se de que não seja apenas uma camada de poeira no telescópio!

A que distância está o fundo cósmico de microondas?

Esta é uma pergunta realmente difícil de responder. Segundo a Big Bang Cosmology, o fundo cósmico de microondas não estava "em algum lugar", mas em todo lugar. E a distância percorrida desde o Big Bang é diferente do tempo multiplicado pela velocidade da luz, devido à expansão métrica do espaço. Isso é resultado da contração relativística do comprimento devido à velocidade com que tudo está se movendo.

O universo observável é mais novo que o universo maior, assumindo que isso existe?

Calcular a quantidade de tempo do Big Bang até agora fornece o mesmo resultado, considerando o nosso universo observável ou o universo maior que possa existir. É por isso que a era do universo "nosso" é a mesma que a idade do universo.

* Alguns estudos diferentes para determinar a constante de Hubble deram aos cosmólogos uma pausa ( link 1 , link 2 ); dependendo de qual parte do universo você olha, pode estar perto de 67 ou mais próximo de 73 nas unidades padrão.

Os cientistas descobriram uma galáxia, chamada GN-z11 (já mencionada pelo HDE 226868 ), que existia meros 400 milhões de anos após o Big Bang, ou cerca de 13,3 bilhões de anos atrás:

Galáxia mais distante ainda bate recorde de distância cósmica

A descoberta de uma estrela de 10 bilhões de anos foi anunciada apenas na semana passada:

Hubble vê a estrela mais distante já vista

Aqui está uma lista de objetos astronômicos distantes na Wikipedia .

Você fez duas perguntas usando a semântica:

• "Quantos anos tem a luz mais antiga visível da Terra?"

Da resposta de @ Pela a: Por que existe uma diferença entre o horizonte de eventos cósmicos e a idade do universo? - Assim, em ~ 100 milhões de anos a luz mais distante chegará até nós, a mais de 116 milhões de anos-luz de distância.

O 16 Gly que a distância para o horizonte de eventos é hoje é uma espécie de coincidência. Não tem nada a ver com a idade do universo. Depende apenas da expansão futura do Universo, que por sua vez depende das densidades dos componentes do Universo (Ωb, ΩDM, ΩΛ, etc.). Se o Universo fosse dominado pela matéria (ou radiação), não haveria horizonte de eventos: nenhuma galáxia, tão distante, não seria visível para nós, se tivéssemos paciência para esperar. Uma galáxia está a 10.000 bilhões de anos-luz de distância? Apenas espere o tempo suficiente (exatamente quanto tempo depende da densidade real).

Entretanto, nosso Universo é dominado pela energia escura, que acelera a expansão sem limites. Infelizmente, isso significa que a luz que sai hoje de uma galáxia distante de 17 Gly será levada pela expansão mais rapidamente do que pode viajar em nossa direção. Por outro lado, a luz emitida hoje de uma galáxia a 15 Gly de distância viajará em nossa direção, mas, no entanto, inicialmente se afastará de nós devido à expansão. No entanto, sua jornada em nossa direção torna essa taxa de expansão cada vez menor (uma vez que a taxa de expansão aumenta com a distância de nós) e, após um período de tempo, ela viajou tão longe que superou a expansão e começou a diminuir sua distância de nós e eventualmente chegar até nós depois de 100 Gyr ou mais.

• "Acho que a luz em si pode não ser literalmente 'velha', mas provavelmente é óbvio o que estou perguntando aqui, de outra forma: qual é a maior distância que a luz visível da Terra emitida agora viajou para alcançar a Terra? Embora essa reforma da pergunta fica meio confusa com os efeitos das lentes? "

Sim, essa é uma pergunta totalmente diferente ...

Veja um dos primeiros artigos: " Expandindo a confusão: equívocos comuns dos horizontes cosmológicos e a expansão superluminal do universo ", de Davis e Lineweaver (2003).

Trabalhos mais recentes:

" Pastas causais compartilhadas e futuros de eventos cosmológicos ", de Friedman, Kaiser e Gallicchio (2013).

" Conclusão: ... Embora as densidades espaciais observáveis ​​de galáxias, aglomerados e, portanto, quasares reflitam correlações estabelecidas durante a inflação, permanece uma questão em aberto se os eventos da era inflacionária em locais comoventes específicos - onde galáxias quasares hospedeiras se formaram mais tarde - poderia produzir um sinal de correlação observável entre pares de eventuais eventos de emissão quasar nesses mesmos locais de comércios bilhões de anos após a impressão das perturbações da densidade inflacionária.

Para concluir, observamos que todas as nossas conclusões se baseiam na suposição de que o histórico de expansão de nosso universo observável, pelo menos desde o final da inflação, pode ser descrito com precisão pela relatividade geral canônica e por um FLRW não-compacto e simplesmente conectado métrica. Essas suposições são consistentes com a mais recente pesquisa empírica por topologia não trivial, que não encontrou sinais observáveis ​​de topologia compacta para domínios fundamentais até o tamanho da superfície da última dispersão.

FIG. 1. Diagrama conforme mostrando a distância de deslocamento, em Glyr, versus tempo conforme, em Gyr, para o caso em que os eventos A e B aparecem em lados opostos do céu, como visto da Terra (α = 180 °). O observador senta-se na Terra em no momento conforme . A luz é emitida de A em ( ) e de B em ( ); ambos os sinais atingem a Terra ao longo do nosso cone de luz passado em ( ). Os lightcones direcionados ao passado dos eventos de emissão (vermelho e azul para A e B, respectivamente) se cruzam em ( ) e se sobrepõem a (região roxa). Para redshifts$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$e e uma cosmologia plana de ΛCDM com parâmetros dados na Eq. (11), os eventos estão localizados a distâncias em movimento Glyr e Glyr, com emissão em tempos conformes Gyr e Gyr. Os lightcones passados ​​cruzam no evento AB em Glyr no tempo Gyr, enquanto o tempo atual é Gyr$z_B = 3$$R_{0χA} = 11.11$$R_{0χB} = 21.25$$R_{0τA}/c = 35.09$$R_{0τB}/c = 24.95$$R_{0χAB} = 10.14$$R_{0τAB}/c = 13.84$$R_{0τ0}/c = 46.20$. Também são mostrados o horizonte de eventos cósmicos (linha que separa as regiões amarela e cinza) e os bolinhos de luz direcionados para o futuro dos eventos A e B (linhas tracejadas finas) e da origem (0,0) (linhas tracejadas grossas). Em uma cosmologia de ΛCDM como a nossa, os eventos na região amarela fora do nosso ícone de luz passado são separados por espaço hoje, mas serão observáveis ​​no futuro, enquanto os eventos na região cinza fora do horizonte de eventos são separados por espaço dos observadores na terra para sempre. Escalas adicionais mostram desvio para o vermelho (eixo horizontal superior) e tempo, medido pelo fator de escala, , e pelo tempo adequado, , (eixo vertical direito), medido por um observador em repouso em um local fixo de movimentação.$a(τ)$$t$

Veja também: " Horizontes causais em um universo saltitante ", de Bhattacharya, Bari e Chakraborty (2017):

" Conclusão: O presente trabalho mostra que o problema de causalidade no universo quicando está intrinsecamente relacionado a uma compreensão das várias fases do universo durante a fase de contração. Como nosso entendimento da fase de contração é puramente especulativo no momento, os modelos que usamos para descobrir Os autores acreditam que, embora o problema de causalidade nos modelos de universo quântico esteja longe de ser resolvido, o presente artigo mostra as dificuldades qualitativas e quantitativas necessárias para contornar o futuro para produzir resultados mais significativos. . "

Resposta curta: são 46,9 bilhões de anos-luz . Outra página da Wikipedia diz: 46,6 bilhões de anos-luz . Os especialistas acima calculam 46,2.

Este artigo da CNN de 2 de abril de 2018 diz:

Cientistas detectam 'impressão digital' da primeira luz do mundo

Após o Big Bang, os físicos acreditam que havia apenas trevas no universo por cerca de 180 milhões de anos, um período conhecido pelos cientistas como "Idade das Trevas" cósmica.

Então, acho que sua resposta pode ser que o Big Bang + 180 milhões de anos é a luz mais antiga que podemos ver.