¿Qué parte del universo es observable en longitudes de onda visibles?

Question

Sabiendo eso:

• La Zona de Evasión (Mirando hacia el centro de la Vía Láctea) bloquea aproximadamente el 20%

• Cada estrella de la Vía Láctea tiene un tamaño angular, dependiendo de la proximidad, que oscurece un cierto porcentaje de nuestra vista óptica.

• Cada galaxia tiene un tamaño angular, dependiendo de la proximidad, que oscurece un cierto porcentaje de nuestra visión óptica.

Y así sucesivamente a través de cúmulos de galaxias, superestructuras, etc.

¿Qué porcentaje de nuestro universo no podemos ver en longitudes de onda visibles?

Answer 1

Sorprendentemente, no tiene sentido hacer cálculos con el ángulo subtendido por los objetos. No se limitan a "bloquear" la luz de los objetos del primer plano. El Universo es más sutil que eso y, cuando se ve una galaxia, en la mayoría de los casos se puede estar bastante seguro de que no hay nada detrás de ella, al menos algo que se podría ver si se quitara la galaxia.

Además, el hecho de que dos objetos se encuentren a lo largo de la misma línea de visión es una feliz coincidencia, que ayuda a ver el más lejano, debido a la amplificación de la lente gravitacional. Normalmente, el objeto de fondo sería demasiado débil para ser detectado de otro modo. Cada año se escriben tesis doctorales enteras debido a estas extraordinarias coincidencias. Véase esta hermosa imagen, llamada lente de herradura, en la que la imagen de una galaxia azul distante, que se encuentra muy por detrás de una elíptica roja de primer plano, no sólo no se bloquea, sino que incluso se amplifica:

(imagen de Wikipedia Commons http://en.wikipedia.org/wiki/File:A_Horseshoe_Einstein_Ring_from_Hubble.JPG )

Este efecto también se produce con estrellas individuales, y hoy en día los telescopios aún no son capaces de resolver las imágenes en ese caso, pero sí podemos detectar un aumento de brillo (así es como se están detectando muchos planetas extrasolares). Véase http://en.wikipedia.org/wiki/Microlensing Además, las velocidades transversales típicas de las estrellas hacen poco realista que una estrella pueda ocultar a otra más débil durante mucho tiempo...

Otro hecho es que, a casi todos los efectos prácticos, las galaxias son transparentes. En el peor escenario que se pueda pensar, al menos los diferentes corrimientos al rojo de las líneas permitirían distinguir entre dos imágenes sobreimpuestas. Un ejemplo famoso es la galaxia ngc7603. Dos objetos en primer plano con desplazamientos al rojo ~0,2 y ~0,4 se ven a través de la propia galaxia con desplazamiento al rojo ~0,03:

(Imagen de http://quasars.org/ngc7603.htm )

Otro ejemplo famoso es el de Q2237+030 (conocido como "Lente de Huchra" o "Cruz de Einstein"), un cuásar de fondo que se ve a través del propio centro de una galaxia. Como efecto adicional, vemos cuatro imágenes del cuásar de fondo, gracias a que la masa de la galaxia en primer plano actúa como lente:

(descargado de http://www.astr.ua.edu/keel/agn/qso2237.html )

Y, por último, la imagen de una estrella no es un círculo minúsculo, sino una mancha difusa, en el caso ideal con anillos débiles (el llamado patrón de difracción de Airy, imposible de evitar incluso para el HST), pero normalmente difuminada por la atmósfera y extendida espacialmente por el plano del CCD. Por eso es tan difícil detectar la luna de Plutón. No por el ángulo que subyacen los objetos, sino por las limitaciones técnicas de la óptica (y el desenfoque atmosférico). En algunos casos, sofisticados algoritmos de deconvolución han permitido ver objetos adicionales que estaban incrustados en la imagen borrosa del astro. Así es como se han podido ver tres planetas alrededor de HR8977, una estrella situada a 140 años luz:

(imagen de http://keckobservatory.org/gallery/detail/milky_way/27 )

La zona de evasión sólo es una molestia si se quieren tener datos de un objeto concreto en un intervalo de longitudes de onda determinado, pero no es importante para nuestra comprensión del Universo, ya que a grandes escalas el Universo es homogéneo e isótropo. Considere también que, si no nos limitamos a la pequeña porción del espectro llamada luz visible, la zona de evasión no es tan mala como parece. Todavía me sorprende esta película en infrarrojo de estrellas orbitando el agujero negro central de nuestra galaxia, que se hizo mirando directamente a través de la zona de evasión:

http://www.astro.ucla.edu/~ghezgroup/gc/pictures/orbitsMovie.shtml

También se está avanzando mucho en los detectores de rayos gamma y X. No es del todo irreal pensar que, en el futuro, pueda haber telescopios de neutrinos que alcancen la misma resolución de los instrumentos ópticos actuales (la radioastronomía con resolución óptica también era una fantasía al principio). Eso revelaría nuevas regiones, por ejemplo nos permitiría mirar directamente al centro del Sol...

Answer 2

Echa un vistazo a la Imagen del campo profundo del Hubble .

He descargado la versión de 1024x1024 y el histograma de Photoshop informa de que aproximadamente el 95% de la imagen es oscura. De esta medición (un tanto arrogante) deduzco que alrededor del 5% del cielo está bloqueado por galaxias de hasta 13.000 millones de años. No estoy seguro de la diferencia que supondría retroceder aún más en el tiempo, aunque es de suponer que si se retrocede lo suficiente la superficie de última dispersión bloquearía el 100% del campo.

Ten en cuenta que el campo profundo eligió deliberadamente una dirección en la que había pocas estrellas, sin embargo, sólo las estrellas más grandes y cercanas muestran un disco visible a través del Hubble, por lo que supongo que las estrellas hacen poca diferencia. Las nubes de polvo influirán mucho más, pero eso ya lo has tenido en cuenta teniendo en cuenta la Vía Láctea.

Respuesta al comentario:

¿Qué le parece la imagen de http://www.eso.org/public/images/eso1243c/ (no hay nada especial en esto - sólo busqué en Google "vista de campo amplio del cielo")? El truco del histograma de Adobe indica que alrededor del 95% de la imagen es oscura, aunque el corte no es tan nítido, por lo que podría ser tan solo el 90%.

Esta imagen no mostrará las galaxias débiles, pero por otro lado la resolución limitada hace que las estrellas parezcan más grandes de lo que deberían ser (es decir, cubren más píxeles). No estoy seguro de cómo llegar a una respuesta definitiva, ya que depende de la resolución y la sensibilidad de tu telescopio. Sin embargo, creo que un 5% no es una mala estimación.

Más tarde aún:

En realidad, esto es bastante interesante en una especie de viernes por la tarde. Considera esto:

La Vía Láctea contiene 100.000 millones de estrellas y tiene una extensión de unos 100.000 años luz. El Sol está a unos 8,3 minutos luz. Supongamos que la estrella media tiene el mismo tamaño que el Sol (probablemente una sobreestimación), y que la distancia media del Sol a otras estrellas es de 25.000 años luz (la distancia al centro de la galaxia), entonces la estrella media parece unas 1.500 millones de veces más pequeña que el Sol. Por lo tanto, los 100.000 millones de estrellas cubren en total unas 65 veces más cielo que el Sol. El Sol ocupa aproximadamente medio grado, lo que equivale a un 0,0005% del cielo, por lo que todas las estrellas de la Vía Láctea cubren aproximadamente un 0,03% del cielo. Esto respalda mi afirmación de que se puede ignorar el área cubierta por las estrellas.

Answer 3

Supongamos que disponemos de un súper telescopio espacial Hubble. Un telescopio óptico con óptica de difracción limitada y apertura suficiente para obtener imágenes de estrellas individuales en galaxias lejanas. ¿Qué fracción del cielo se observaría oscura?

Sin duda, sería más del 99%. Si, hipotéticamente, el 0% del cielo estuviera oscuro, todos los objetos se calentarían por término medio hasta unos 3.000 K (estimación de la temperatura media de la radiación térmica de las estrellas, teniendo en cuenta los corrimientos al rojo medios según la llamada relación tiempo-desplazamiento cósmico). Dado que el planeta enano Eris alcanza una temperatura superficial de 30 K, debe ser que menos del 1% de las líneas de visión de Eris chocan con una estrella.

Se trata, por supuesto, de un límite superior poco preciso, ya que Eris está muy cerca de la estrella llamada Sol. En otras palabras, la temperatura de 30 K se debe casi en su totalidad a la porción relativamente grande del cielo de Eris que está cubierta por el sol.

Si va a la página de Wikipedia dedicada a La paradoja de Olbers se puede leer un razonamiento similar que lleva a la conclusión:

"el cielo es unas cincuenta mil millones de veces más oscuro de lo que sería si el universo no estuviera en expansión ni fuera demasiado joven para haber alcanzado el equilibrio"

Lo que se traduce en que aproximadamente el 99,999999998% del cielo está oscuro. Nuestro universo es un lugar frío y vacío.