A luz que vemos das estrelas é extremamente antiga?

Nossa estrela mais próxima, Proxima Centauri, está a 4.243 anos-luz de distância da Terra.

Isso significa que estamos vendo luz com 4.243 anos todos os dias?

Sim, a velocidade da luz no vácuo (ou c ) é 299.792.458 m / se um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano juliano (365,25 dias), que sai como 9,4605284 × 10 ¹⁵ metros. Como c é a velocidade máxima na qual toda energia, matéria e informação no Universo pode viajar, é a constante física universal na qual o ano-luz ( ly ) como uma das unidades astronômicas de comprimento se baseia.

Isso significa que a luz visível, como radiação eletromagnética, não pode viajar mais rápido que ce, em um ano juliano, pode percorrer uma distância máxima de

d = t * c

d é a distância em metros

t tempo em segundos

c a velocidade da luz no vácuo em metros por segundo

Se calcularmos esta distância para um 4.243 ly objeto distante, que sai como 4.243 * 365.25 * 86,400 s * 299,792,458 m * sˉ¹ou exatamente 40,141,879,395,160,334.4 metros (cerca de 40 trilhões de quilômetros ou 25 trilhões de milhas).

Essa é a distância que a luz percorreu desde a última vez em que foi refletida (ou, no nosso caso, emitida, já que Proxima Centauri é uma estrela anã vermelha ) na superfície de um objeto celeste que deve ser 4.243 anos julianos depois visíveis em nosso ponto de observação, neste caso, nosso planeta Terra, de onde foi medida a distância até Proxima Centauri que você citou.

Quanto mais poderoso o telescópio, mais no passado podemos ver porque a luz é muito mais antiga! Isso acontece da mesma maneira, independentemente da distância do objeto que você está observando, mas a astronomia é particularmente clara a esse respeito e podemos observar objetos tão distantes que os vemos desde o momento em que ainda estavam se formando.

Para ler mais sobre outras unidades usadas para medir objetos distantes, você pode estar interessado em ler esta pergunta no parsec.

Uma resposta mais profunda é "sim e não". No quadro de referência da própria luz, a jornada de Proxima até aqui é instantânea. Em nosso quadro de referência, são necessários quatro anos - tudo isso está relacionado à relatividade e à natureza do espaço-tempo.

Mas, no sentido cotidiano, estamos realmente olhando para trás no tempo, a luz das estrelas.

Na verdade, a luz que nos atinge de Proxima Centauri não tem necessariamente 4.243 anos. Talvez alguns dos fótons que chegaram aqui tenham sido criados na fotosfera de Proxima. Mas alguns deles foram criados no centro da estrela, e esses fótons podem levar muitos anos para chegar à fotosfera, onde são então "emitidos".

Para o nosso sol, está escrito (no artigo da Wikipedia sobre o nosso Sol ):

"Os raios gama (fótons de alta energia) liberados nas reações de fusão são absorvidos em apenas alguns milímetros de plasma solar e depois reemitidos novamente em uma direção aleatória e com energia um pouco menor. Portanto, leva muito tempo para a radiação atingir a superfície do Sol. As estimativas do tempo de viagem do fóton variam entre 10.000 e 170.000 anos " .

Da mesma forma, muitos dos fótons que chegam de Proxima podem ter dezenas de milhares de anos. O tempo de viagem da fotosfera de Proxima é apenas uma pequena parte de sua jornada para a Terra.

Toda luz que vemos é do passado. A luz de uma lâmpada a uma distância de 3 metros chega 10 ns depois de deixar a lâmpada no seu olho. Para distâncias curtas, esse atraso é insignificante (10 ns é 10 bilionésimos de segundo), mas em escala astronômica torna-se significativo. A luz do Sol leva 8 minutos e 20 segundos para alcançar a Terra, então, quando vemos o Sol, é o Sol como era há 8 minutos. Se o Sol morresse repentinamente, não perceberíamos por 8 minutos.

O mesmo vale para outras estrelas em nossa galáxia. A luz de uma estrela aos 4 anos-luz leva 4 anos para chegar até nós; é a definição de ano-luz.

Pode-se fazer a seguinte comparação: suponha que exista uma cidade a 100 anos de carro de onde você mora. Isso significa que leva um carro 100 anos para chegar até você. Quando um carro daquela cidade chega até você hoje, saiu em 1914. Não será um sedan de 2010, mas um Ford T. À medida que o carro chega, você parece 100 anos no passado.

Esse exame da história é muito conveniente para os cosmólogos. Você quer saber como eram as galáxias há 13,5 bilhões de anos atrás, quando o Universo ainda era jovem? Bem, procure a luz que está em andamento durante esse tempo. Deixou a galáxia em estudo há 13,5 bilhões de anos e mostra como era a galáxia na época. Não diz nada sobre o estado atual dele. Pode ter colidido com outra galáxia ou absorvido por um buraco negro. Não há como saber além de esperar outros 13,5 bilhões de anos, até que a luz emitida agora nos alcance.

Outra coisa interessante a se observar desse passado distante é a radiação cósmica de fundo por microondas (CMB). É a radiação do Big Bang, que está em andamento há 13,8 bilhões de anos. É claro que hoje o Big Bang é história, mas graças à velocidade da luz "limitada", essa história está continuamente em andamento para nós.

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Digite a relatividade. Então, dizemos que a luz do Proxima Centauri está em andamento há 4,2 anos, mas apenas do nosso ponto de vista . À medida que os objetos se aproximam da velocidade da luz, seu tempo diminui e, finalmente, quando você alcança a velocidade da luz, o tempo para completamente. Agora, os fótons viajam na velocidade da luz; portanto, para eles, o tempo está parado. Do ponto de vista do fóton, ele percorre instantaneamente toda a distância entre Proxima Centauri e a Terra : chega à Terra ao mesmo tempo em que sai do Proxima Centauri! (Você não pode fazer isso com objetos que têm massa.)

Há um pouco de sofisma demais em algumas respostas a esta pergunta. Embora seja verdade que um fóton não experimenta tempo, o OP estava perguntando sobre a luz emitida pelo Proxima Centuri, como observado na Terra. Como o PC está a 4 anos-luz de distância, a luz levou 4 anos para chegar até nós - já que nem nós nem o sistema Centuri estamos viajando, um em relação ao outro, em velocidades relativísticas (perto da velocidade da luz; em algum lugar, dependendo do contexto, entre ~ 5% de ce 20% de c é onde começamos a falar sobre as velocidades serem relativísticas). Parte da luz foi absorvida (por poeira ou íons) entre lá e aqui e provavelmente foi reemitida como luz infravermelha, mas a maior parte (a parte visível) viajou por todo o caminho sem interrupções; portanto, sim, começou sua jornada 4 anos atrás. Mas observe que Proxima não é visível a olho nu,

Viajar à velocidade da luz tem implicações tanto no espaço quanto no tempo. Além de nenhuma experiência no tempo, os fótons não percebem espaço na direção de sua viagem. Assim, sua viagem espacial "instantânea" cobre a distância zero. Em outras palavras, cada fóton percebe que seu globo ocular está ligado à fotosfera de Alpha Centauri, permitindo assim um tempo de viagem muito curto ...