¿La luz que vemos de las estrellas es extremadamente antigua?

Nuestra estrella más cercana, Proxima Centauri, está a 4.243 años luz de la Tierra.

¿Eso significa que estamos viendo luz que tiene 4.243 años todos los días?

Sí, la velocidad de la luz en el vacío (o c ) es 299,792,458 m / sy un año luz es la distancia que recorre la luz en un año juliano (365,25 días), que sale como 9,4605284 × 10 ¹⁵ metros. Como c es la velocidad máxima a la que puede viajar toda la energía, la materia y la información en el Universo, es la constante física universal en la que se basa el año luz ( ly ) como una de las unidades astronómicas de longitud.

Eso significa que la luz visible como radiación electromagnética no puede viajar más rápido que c y en un año juliano puede atravesar una distancia máxima de

d = t * c

d es la distancia en metros

t tiempo en segundos

c la velocidad de la luz en el vacío en metros por segundo

Si calculamos esta distancia para un objeto distante 4.243 ly , que sale como 4.243 * 365.25 * 86,400 s * 299,792,458 m * sˉ¹o exactamente 40,141,879,395,160,334.4 metros (aproximadamente 40 billones de kilómetros o 25 billones de millas).

Esa es la distancia que recorrió la luz desde la última vez que se reflejó (o en nuestro caso emitió, ya que Proxima Centauri es una estrella enana roja) la superficie de un objeto celeste que será 4.243 años Julianos más tarde visible en nuestro punto de observación, en este caso nuestro planeta Tierra desde donde se midió la distancia a Proxima Centauri que usted citó.

¡Cuanto más poderoso sea el telescopio, más lejos podremos ver en el pasado porque la luz es mucho más antigua! Esto es lo mismo independientemente de la distancia del objeto que esté observando, pero la astronomía es particularmente clara en este sentido y podemos observar objetos que están tan distantes que los vemos desde el momento en que todavía se estaban formando.

Para leer más sobre otras unidades utilizadas para medir objetos lejanos, es posible que le interese leer esta pregunta en el parsec.

Una respuesta más profunda es "sí y no". En el marco de referencia de la luz misma, el viaje desde Proxima hasta aquí es instantáneo. En nuestro marco de referencia, lleva cuatro años; todo esto está relacionado con la relatividad y la naturaleza del espacio-tiempo.

Pero en el sentido cotidiano, estamos mirando hacia atrás en el tiempo a la luz de las estrellas.

En realidad, la luz que nos llega desde Proxima Centauri no tiene necesariamente 4.243 años. Quizás algunos de los fotones que llegaron aquí fueron creados en la fotosfera de Proxima. Pero algunos de ellos se habrán creado en el centro de la estrella, y estos fotones pueden tardar muchos años en llegar a la fotosfera, donde luego se "emiten".

Para nuestro sol, está escrito (en el artículo de Wikipedia sobre nuestro Sol ):

"Los rayos gamma (fotones de alta energía) liberados en las reacciones de fusión se absorben en solo unos pocos milímetros de plasma solar y luego se vuelven a emitir en una dirección aleatoria y con una energía ligeramente más baja. Por lo tanto, la radiación tarda mucho en alcanzar la superficie del Sol. Las estimaciones del tiempo de viaje de fotones oscilan entre 10,000 y 170,000 años " .

Del mismo modo, muchos de los fotones que llegan de Proxima pueden tener decenas de miles de años. Su tiempo de viaje desde la fotosfera de Proxima es solo una pequeña parte de su viaje a la Tierra.

Toda la luz que vemos es del pasado. La luz de una bombilla a 3 metros de distancia llega 10 ns después de dejar la bombilla en su ojo. Para distancias cortas, este retraso es insignificante (10 ns es 10 billonésimas de segundo), pero a escala astronómica se vuelve significativo. La luz del Sol tarda 8 minutos y 20 segundos en llegar a la Tierra, por lo que cuando vemos el Sol, es el Sol como era hace 8 minutos. Si el Sol muriera repentinamente, no nos daríamos cuenta por 8 minutos.

Lo mismo ocurre con otras estrellas en nuestra galaxia. La luz de una estrella a los 4 años luz nos lleva 4 años; Es la definición de un año luz.

Se podría hacer la siguiente comparación: supongamos que hay una ciudad a 100 años de automóviles de donde vives. Eso significa que un automóvil tarda 100 años en llegar a usted. Cuando un automóvil de esa ciudad te llega hoy, se fue en 1914. No será un sedán de 2010, sino un Ford T. A medida que llega el automóvil, estás buscando hace 100 años.

Esta mirada a la historia es muy conveniente para los cosmólogos. ¿Quieres saber cómo se veían las galaxias hace 13.500 millones de años, cuando el Universo aún era joven? Bueno, busque la luz que ha estado en marcha durante ese tiempo. Dejó la galaxia en estudio hace 13.500 millones de años y le muestra cómo era esa galaxia en ese momento. No te dice nada sobre el estado actual de la misma. Puede haber chocado con otra galaxia o haber sido absorbido por un agujero negro. No hay forma de saberlo más que esperar otros 13.500 millones de años, hasta que la luz emitida ahora nos alcance.

Otra cosa interesante para observar de ese pasado lejano es la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB). Es la radiación del Big Bang, que ha estado en marcha durante 13.800 millones de años. Por supuesto, hoy el Big Bang es historia, pero gracias a la velocidad de la luz "limitada", esta historia está en curso para nosotros.

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Introduzca la relatividad. Entonces, decimos que la luz de Proxima Centauri ha estado en marcha durante 4.2 años, pero solo desde nuestro punto de vista . A medida que los objetos se acercan a la velocidad de la luz, su tiempo se ralentiza y, finalmente, cuando alcanza la velocidad de la luz, el tiempo se detiene por completo. Ahora los fotones viajan a la velocidad de la luz, por lo que para ellos el tiempo está parado. Desde el punto de vista del fotón, recorre toda la distancia de Proxima Centauri a la Tierra instantáneamente : ¡llega a la Tierra al mismo tiempo que sale de Proxima Centauri! (No puede hacer esto con objetos que tienen masa).

Hay un poco de sofisma en algunas de las respuestas a esta pregunta. Si bien es cierto que un fotón no experimenta el tiempo, el OP preguntaba por la luz emitida por Proxima Centuri como se observa desde la Tierra. Dado que la PC está a 4 años luz de distancia, la luz tardó 4 años en alcanzarnos, ya que ni nosotros ni el sistema Centuri estamos viajando, uno con respecto al otro, a velocidades relativistas (cerca de la velocidad de la luz; en algún lugar, dependiendo del contexto, entre ~ 5% de c y 20% de c es donde comenzamos a hablar de que las velocidades son relativistas). Parte de la luz fue absorbida (por el polvo o los iones) entre allí y aquí y probablemente fue reemitida como luz infrarroja, pero la mayor parte (la parte visible) viajó todo el camino sin interrupciones, así que sí, comenzó su viaje 4 hace años que. Pero tenga en cuenta que Proxima no es visible a simple vista,

Viajar a la velocidad de la luz tiene implicaciones tanto para el espacio como para el tiempo. Además de no tener experiencia en el tiempo, los fotones no perciben ningún espacio en la dirección de su viaje. Por lo tanto, su viaje espacial "instantáneo" cubre la distancia cero. En otras palabras, cada fotón percibe que su globo ocular está unido a la fotosfera de Alpha Centauri, lo que permite un tiempo de viaje muy corto ...