¿Cuántos años tiene la luz más antigua visible desde la Tierra?

Debido a que la luz solo puede viajar tan rápido, toda la luz que vemos en el cielo se emitió en un momento anterior en el tiempo. Entonces, si por ejemplo vemos una supernova o algún otro gran evento estelar, para cuando la veamos, tal vez haya pasado mucho tiempo. Eso me hizo sentir curiosidad, ¿cuál es la luz más antigua que podemos ver desde la tierra?

El universo supuestamente tiene ~ 13 + mil millones de años, pero probablemente no estamos en el borde del universo conocido, por lo que toda la luz que vemos probablemente tenga menos de 13 mil millones de años. Entonces, ¿cuál es la luz más antigua que podemos ver? y como una pregunta de seguimiento opcional, ¿cómo sabemos la edad de esa luz?

Supongo que la luz en sí misma puede no ser literalmente 'vieja', pero probablemente sea obvio lo que pregunto aquí, dicho de otra manera: ¿cuál es la distancia más larga que la luz visible emitida por la Tierra ha viajado para llegar a la Tierra? Aunque esa reforma de la pregunta se enreda con los efectos de lentes.

La luz más antigua del universo es el fondo cósmico de microondas . Aproximadamente 380,000 años después del Big Bang, los protones y los electrones se "recombinaron" ¹ en átomos de hidrógeno. Antes de esto, cualquier fotón se dispersaba de los electrones libres en el espacio de relleno de plasma, y ​​el universo era esencialmente opaco a la luz. Sin embargo, una vez que se produjo la recombinación, los fotones pudieron "desacoplarse" de los electrones y moverse a través del espacio sin obstáculos. Esta radiación reliquia todavía es observable hoy; Ha sido desplazado al rojo y enfriado.

Podemos detectar la luz de objetos muy distantes, y lo hemos hecho. Tiene más sentido hablar de distancia en términos de desplazamiento al rojo ; cuanto mayor es el desplazamiento al rojo, más lejos está un objeto. Hay varios objetos de desplazamiento al rojo extremadamente alto, algunos de los cuales han confirmado sus mediciones, y otros no. Los candidatos incluyen

• MACS0647-JD (desplazamiento al rojo $z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$ ), una galaxia muy distante.
• UDFj-39546284 (desplazamiento al rojo de $z=10$ a $z=12$ ), otra galaxia o protogalaxia (aunque su distancia es incierta y su naturaleza exacta está en disputa).
• GN-z11 (desplazamiento al rojo $z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$ ), una galaxia distante muy luminosa.

Sin embargo, todos estos objetos se habrían formado unos cientos de millones de años después del Big Bang, por lo que la luz que vemos de ellos es mucho más "joven" que la del fondo cósmico de microondas.

^{1 Nunca me ha gustado el uso en este contexto, ya que esta fue la primera vez que se combinaron; el "re" es un poco engañoso.}

¿Cuál es la luz más antigua que podemos ver?

El fondo cósmico de microondas se considera la radiación EM más antigua detectable para nosotros. Está en el espectro de microondas, por lo que no se puede ver a simple vista, pero es captado por "radiotelescopios". Lo llamamos "luz" en sentido amplio.

Un aspecto notable de esta radiación de fondo es su casi uniformidad en todas las direcciones. Los astrónomos razonan que la uniformidad es demasiado fuerte para que la fuente sea algo realmente grande como un globo enorme ... pero ese sería el caso si todo estuviera tan lejos como parece.

¡Si fuera realmente tan grande como parece, se necesitaría el doble de la edad del universo para que un lado se vea afectado por el otro lado! En cambio, los astrónomos creen que lo que vemos fue un cuerpo muy pequeño, que se ha vuelto más grande; Es por eso que se ve igual en cada dirección. Parte del crecimiento se llama expansión métrica del espacio y tiene un significado diferente al crecimiento ordinario.

¿Cómo sabemos la edad de esa luz?

La edad de la luz de fondo cósmica solo se puede determinar indirectamente , primero sabiendo cuánto tiempo hace que ocurrió el Big Bang, luego calculando cuándo se emitió la luz en el curso del Big Bang.

Al comparar la velocidad a la que todo parece estar creciendo con lo grande que parece ser todo, de la misma manera que podría estimar cuánto tiempo tomaría conducir a un lugar dada la velocidad del camino y la distancia, calculamos La constante del Hubble . Esto nos ayuda a calcular cuánto tiempo hace que ocurrió el Big Bang.

Además, hay ciertas "ondas de sonido" ( oscilaciones acústicas bariónicas ) donde las cosas viejas que vemos, incluido el fondo cósmico de microondas, se vuelven más brillantes y tenues con un ritmo, como el péndulo de un reloj. Se pueden medir de izquierda a derecha (para mover cosas) o monitoreando un video (para cosas estacionarias). Medir estos ritmos y compararlos con la Constante de Hubble también ayuda a calcular cuánto tiempo atrás ocurrió el Big Bang.

Finalmente, el fondo de microondas tiene cualidades físicas (como temperatura y densidad) que nos permiten determinar cuándo se emitió durante la expansión y el enfriamiento del Big Bang. Juntos, utilizando todos estos cálculos, es cómo calculamos la edad de la luz de fondo cósmica de microondas.

Los astrónomos creen que este cálculo combinado (llamado "LCDM", "Lambda-CDM" o "Big Bang Cosmology") es muy bueno porque los diferentes números se alinean, en su mayor parte * . Se complacieron en informar más buenos resultados tan recientemente como 2018 cuando terminó un estudio llamado Dark Energy Survey. Sin embargo, dado que LCDM incluye ciertas suposiciones que quizás nunca se validen, y dado que todavía hay algunas discrepancias inexplicables, no sabemos si otro tipo de cálculo sería mejor, siempre que aún se ajuste a las medidas.

¿Cómo sabemos que esta es la luz más antigua?

Es solo pensando en las cualidades físicas del fondo cósmico de microondas, y pensando cuándo, durante el Big Bang, debe haber emitido su luz, que los astrónomos la identificaron como la luz más antigua posible en el universo, más antigua que cualquier estrella o galaxia. No nos dice cuántos años tiene por sí mismo; de hecho, ¡los astrónomos siempre se aseguran de que no sea solo una capa de polvo en el telescopio!

¿A qué distancia está el fondo cósmico de microondas?

Esta es una pregunta realmente difícil de responder. Según Big Bang Cosmology, el fondo cósmico de microondas no estaba "en algún lugar" sino que estaba en todas partes. Y la distancia que ha recorrido desde el Big Bang es diferente al tiempo multiplicado por la velocidad de la luz, debido a la expansión métrica del espacio. Este es el resultado de la contracción de longitud relativista debido a la velocidad a la que todo se mueve.

¿Es el universo observable más joven que el universo mayor, suponiendo que exista?

Calcular la cantidad de tiempo desde el Big Bang hasta ahora da el mismo resultado si consideras nuestro universo observable o el universo más grande que pueda existir. Es por eso que la edad de "nuestro" universo es la misma que la edad de "el" universo.

* Algunos estudios diferentes para determinar la constante de Hubble han dado pausa a los cosmólogos ( enlace 1 , enlace 2 ); dependiendo de qué parte del universo mires, puede estar cerca de 67 o puede estar más cerca de 73 en las unidades estándar.

Los científicos han descubierto una galaxia, llamada GN-z11 (ya mencionada por HDE 226868 ), que existió apenas 400 millones de años después del Big Bang, o hace unos 13.300 millones de años:

La galaxia más lejana rompe el récord de distancia cósmica

El descubrimiento de una estrella de 10 mil millones de años se anunció la semana pasada:

Hubble ve la estrella más lejana jamás vista

Aquí hay una lista de objetos astronómicos distantes en Wikipedia .

Has hecho dos preguntas usando semántica:

• "¿Cuántos años tiene la luz más antigua visible desde la Tierra?"

De la respuesta de @Pela a: ¿Por qué hay una diferencia entre el horizonte de eventos cósmicos y la edad del universo? - Entonces, en ~ 100 millones de años, la luz más distante nos llegará, a más de 116 millones de años luz de distancia.

El 16 Gly que la distancia al horizonte de eventos es hoy es una coincidencia. No tiene nada que ver con la edad del Universo. Solo depende de la expansión futura del Universo, que a su vez depende de las densidades de los componentes del Universo (Ωb, ΩDM, ΩΛ, etc.). Si el Universo ha estado dominado por la materia (o la radiación), entonces no habría horizonte de eventos: ninguna galaxia, siempre tan lejos, no sería visible para nosotros, si tuviéramos la paciencia para esperar. ¿Una galaxia está a 10,000 billones de años luz de distancia? Simplemente espere lo suficiente (exactamente cuánto tiempo depende de la densidad real).

Sin embargo, nuestro Universo está dominado por la energía oscura, que acelera la expansión sin límites. Desafortunadamente, esto significa que la luz que sale hoy de una galaxia a 17 Gly de distancia será llevada por la expansión más rápido de lo que puede viajar hacia nosotros. En contraste, la luz emitida hoy desde una galaxia a 15 Gly de distancia viajará en nuestra dirección, pero no obstante inicialmente se alejará de nosotros debido a la expansión. Sin embargo, su viaje hacia nosotros hace que esta tasa de expansión sea cada vez menor (ya que la tasa de expansión aumenta con la distancia a nosotros), y después de un período de tiempo habrá viajado tanto que ha superado la expansión y comienza a disminuir su distancia de nosotros y eventualmente nos alcanza después de 100 Gyr más o menos.

• "Creo que la luz en sí misma puede no ser literalmente 'vieja', pero probablemente sea obvio lo que estoy preguntando aquí, dicho de otra manera: ¿cuál es la distancia más larga que la luz visible emitida por la Tierra ha viajado para llegar a la Tierra? Aunque esa reforma de la pregunta se enreda con los efectos de lentes "

Sí, esa es una pregunta totalmente diferente ...

Vea uno de los primeros artículos: " Confusión en expansión: conceptos erróneos comunes de los horizontes cosmológicos y la expansión superluminal del universo " por Davis y Lineweaver (2003).

Nuevas obras:

" Las pasiones causales compartidas y los futuros de los eventos cosmológicos ", por Friedman, Kaiser y Gallicchio (2013).

" Conclusión: ... Si bien se piensa que las densidades espaciales observables de galaxias, cúmulos y, por lo tanto, cuásares reflejan correlaciones establecidas durante la inflación, sigue siendo una pregunta abierta si los eventos de la era inflacionaria en lugares específicos de alojamiento, donde más tarde se formaron las galaxias anfitrionas del cuásar, podría producir una señal de correlación observable entre pares de eventuales eventos de emisión de cuásar en esos mismos lugares como miles de millones de años después de que se imprimieron las perturbaciones de densidad inflacionaria.

Para concluir, observamos que todas nuestras conclusiones se basan en la suposición de que el historial de expansión de nuestro universo observable, al menos desde el final de la inflación, puede describirse con precisión por la relatividad general canónica y un FLRW no compacto y simplemente conectado. métrico. Estos supuestos son consistentes con la última búsqueda empírica de topología no trivial, que no encontró señales observables de topología compacta para dominios fundamentales hasta el tamaño de la superficie de la última dispersión.

$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$$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$$R_{0τ0}/c = 46.20$$a(τ)$$t$

Ver también: " Horizontes causales en un universo que rebota ", por Bhattacharya, Bari y Chakraborty (2017):

" Conclusión: El presente trabajo muestra que el problema de causalidad en el universo de rebote está intrínsecamente relacionado con la comprensión de las diversas fases del universo durante la fase de contracción. Como nuestra comprensión de la fase de contracción es puramente especulativa en la actualidad, los modelos que utilizamos para calcular La naturaleza del horizonte de partículas sigue siendo demasiado simplista.Los autores actuales creen que aunque el problema de la causalidad en los modelos de universo rebotante está lejos de resolverse, el presente artículo muestra las dificultades cualitativas y cuantitativas que uno debe sortear en el futuro para producir resultados más significativos. ".

Respuesta corta: son 46.9B años luz . Otra página de Wikipedia dice: 46.6B años luz . Los expertos anteriores calculan 46.2.

Este 2 de abril de 2018, el artículo de CNN dice:

Los científicos detectan 'huella digital' de la primera luz en el universo "

Después del Big Bang, los físicos creen que solo hubo oscuridad en el universo durante aproximadamente 180 millones de años, un período conocido por los científicos como "Edad Oscura" Cósmica.

Así que creo que su respuesta podría ser que Big Bang + 180 millones de años es la luz más antigua que podemos ver.