Tengo entendido que se puede saber lo lejos que ha viajado la luz mediante la medición del corrimiento al rojo, pero ¿hasta qué punto es exacto y podría verse afectado por algo como la radiación del sol?
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Jim
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Lo primero que quiero presentar es el vela estándar que es un objeto astronómico con una luminosidad y un perfil de emisión muy conocidos. Una de las mejores velas estándar que tenemos es la Supernova de tipo 1a . Este tipo de supernova sólo se produce de forma muy específica, de manera que todas las supernovas de tipo 1a tienen aproximadamente la misma luminosidad y perfil de emisión. Esto significa que cualquier desviación en la magnitud visual o el espectro observado se debe al camino que la luz tomó para llegar a nosotros. La magnitud visual depende principalmente de la distancia a la supernova.
Teniendo esto en cuenta, los astrónomos y cosmólogos pueden utilizar algo llamado distancia de luminosidad para determinar la distancia entre nosotros y la supernova. Sin embargo, esto sólo nos da la distancia que la luz ha recorrido; no la distancia entre nosotros y ella ahora .
Además, la luz está desplazada al rojo por la expansión del universo. Lo sabemos porque el perfil de emisión que obtenemos se parece a esto (Fuente de la imagen: European Southern Observatory):
La línea inferior corresponde a un Type1a cercano y la superior a un Type1a lejano. Como se puede ver, la más lejana tiene el mismo aspecto, salvo que todo está ligeramente desplazado hacia la derecha. Esto se debe a la expansión del universo. Ahora bien, tenemos, como he dicho, una expectativa muy específica sobre el aspecto del perfil de emisión de una supernova de Tipo 1a. Debería parecerse a lo que se ve en la imagen de arriba. Esto significa que podemos eliminar fácilmente el ruido o la interferencia de fuentes externas como el Sol. Las fuentes externas cambiarían ligeramente el perfil que vemos. Podrían añadir otro pico, o aumentar el ruido, o eliminar una banda de emisión, etc. Pero como sabemos que se trata de un tipo1a y sabemos lo que debe podemos sustraer las señales de interferencia. En cuanto a que tengan el mismo brillo, no se trata tanto de una suposición como de una comprensión de la forma en que se producen estas supernovas. El proceso específico que las crea significa que todas tienen aproximadamente la misma masa y composición cuando (*boom*) explotan y, por tanto, tienen la misma luminosidad.
Ahora bien, es cierto que podrían viajar a diferentes velocidades y entonces se obtendría un desplazamiento doppler además del desplazamiento cosmológico. Sin embargo, observando los fenómenos cercanos y cartografiando sus perfiles de emisión de hidrógeno, podemos determinar una velocidad aproximada de la supernova en relación con sus cuerpos astronómicos vecinos (por ejemplo, el supercúmulo del que forma parte). Podemos suponer que el supercúmulo sólo tiene una velocidad de recesión con respecto a nosotros, pero para mayor precisión, tenemos un par de opciones. En primer lugar, hacemos un promedio de muchas supernovas, lo que significa que el error del desplazamiento doppler de una supernova se promedia entre muchas. En segundo lugar, la luminosidad depende principalmente de la distancia que recorre la luz y suponemos que se irradia de forma isotrópica. Esto significa que la distancia de luminosidad que medimos no se ve afectada significativamente por el movimiento de los objetos, lo que también significa que podemos determinar si otras supernovas de tipo 1a están más o menos a la misma distancia de nosotros y, de nuevo, podemos utilizarlas para determinar una estimación más precisa de la velocidad no recesiva de una supernova específica con respecto a nosotros.
Utilizando el desplazamiento al rojo del perfil de emisión y la luminosidad, podemos obtener una distancia precisa a la supernova.
Al medir muchas supernovas de tipo 1a a distintas distancias de nosotros, podemos determinar el desplazamiento al rojo que experimenta algo a una distancia determinada. A partir de esto, podemos decir que "el universo debe estar expandiéndose a una velocidad aproximada de H kilómetros por segundo por cada Megaparsec entre nosotros y un objeto".
Además, como cuanto más lejos se mire, más atrás en el pasado se estará mirando también, podemos trazar un mapa de la expansión extra que hubo para una cantidad de distancia recorrida en el pasado. Esto significa que podemos crear un perfil temporal. Es decir, "El universo se expandía a una velocidad H en el momento t de su historia". Esto también significa que cuanto más lejos esté la supernova que estamos midiendo, más exactamente nos dice sobre el perfil de desplazamiento al rojo cerca de nosotros. A partir de esto, hemos podido ver que el universo está experimentando acelerado expansión actualmente.
Dicho esto, ¿le preocupa que sea fácil tirar por la ventana la idea de que el universo se expande por igual en todas las direcciones? Recuerda que hacemos mediciones a partir de velas estándar que están en todas las direcciones a nuestro alrededor. Teniendo esto en cuenta, la siguiente figura muestra el corrimiento al rojo medido de varias supernovas de tipo1a frente a la distancia a la supernova. Debajo de todos los puntos de datos hay una línea negra sólida que representa la predicción utilizando nuestro perfil de expansión teórico, que tiene simetría esférica (el modelo asume que la expansión es la misma en todas las direcciones).
Imagen por cortesía del Proyecto Cosmológico Supernova. Los puntos son supernovas, las líneas verticales son los errores asociados
Rob Jeffries
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Aquí se realizan básicamente dos mediciones: (i) el desplazamiento al rojo de la supernova (ii) el brillo máximo de la supernova (aunque esto último es un poco más complicado).
El distancia es no encontrado a partir del corrimiento al rojo, lo hizo a partir del brillo aparente de las supernovas. Las supernovas en cuestión son de tipo Ia y actúan como "velas estándar": se supone que todas tienen el mismo intrínseco luminosidad (con algunas pequeñas correcciones) y, por lo tanto, los calibradores locales, con distancias mejor estimadas, pueden utilizarse para estimar la distancia a las supernovas a alto corrimiento al rojo. También existe la suposición de que la luz se emite de forma isotrópica (la misma en todas las direcciones). En ese caso, el flujo de la supernova obedece a la ley del cuadrado inverso, con las modificaciones pertinentes debidas a la expansión del universo.
Para estimar los parámetros cosmológicos, las dos mediciones se comparan normalmente con los modelos en un gráfico observacional llamado "diagrama de Hubble". Este diagrama tiene el corrimiento al rojo en el eje de las abscisas (es la cantidad de luz de un objeto que se desplaza al rojo por la expansión del universo y se mide a partir de un espectro y viene dada por $z = \lambda/\lambda_0 - 1$ , donde $\lambda$ es la longitud de onda medida y $\lambda_0$ la longitud de onda en reposo). Esta medición es extremadamente precisa, normalmente mucho mejor que el 1%. En el eje Y se encuentra la diferencia entre la magnitud aparente y la magnitud absoluta de la supernova. Como se puede ver en las barras de error, ésta es menos precisa. Los modelos del universo en expansión se pueden trazar encima de éstos para ver cuál se ajusta mejor.
La relación entre distancia y desplazamiento al rojo dada por la "ley de Hubble" $ v = H_0 d$ En este gráfico, la línea recta sólo funciona para las galaxias que están relativamente cerca (es decir, lo suficientemente lejos como para que formen parte de la expansión uniforme, sin efectos locales, pero no tan lejos como para que la constante de Hubble haya cambiado significativamente). Como puedes ver, las galaxias más lejanas obedecen a una ley más complicada porque la constante de Hubble - no es constante; cambia con el tiempo cósmico de una manera que depende de la desaceleración/aceleración de la expansión y, por tanto, de los parámetros cosmológicos.
Para responder a su comentario, que pregunta por la isotropía, hay absolutamente no evidencia de que estos resultados dependen de la dirección en la que se mire: la expansión es la misma en todas las direcciones. No conozco ningún trabajo específico que analice eso en los datos de las supernovas, pero aquí hay un enlace al artículo en el que aparece el gráfico anterior, que contiene los puntos de datos y las posiciones de las supernovas - compruébalo tú mismo ( http://arxiv.org/abs/1310.3828 ) . De hecho, tres personas ganaron el premio Nobel por las supernovas de tipo Ia porque sus resultados coincidían a pesar de analizar muestras diferentes, presumiblemente en todo tipo de direcciones distintas.
