Astronomia

Como pode o universo de 13,8 bilhões de anos ter um raio de 46 bilhões de anos-luz?

Como pode o universo de 13,8 bilhões de anos ter um raio de 46 bilhões de anos-luz?


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O universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos. Suponha que no big bang ele comece a partir de uma pequena região e a velocidade máxima possível de acordo com Einstein é a velocidade da luz. Como o universo pode ter um raio de 46 bilhões de anos-luz? De acordo com meu entendimento, poderia ter um máx. raio de 13,8 bilhões de anos-luz apenas. Alguém pode explicar para um não astrofísico.


Sua suposição está errada. O universo pode (e é) expandir mais rápido do que a velocidade da luz.

O fóton emitido em direção ao nosso planeta no início do universo teve que atravessar um universo que está se expandindo. Esse fóton experimentou desvio para o vermelho, o que significa que seu comprimento de onda aumentou e a frequência diminuiu. Medimos o comprimento de onda desse fóton, comparamos com um fóton que não foi desviado para o vermelho e calculamos a escala, que é então aplicada ao raio do universo observável.

A leitura desta página da Wikipedia deve dar a você um entendimento mais completo do problema.

http://en.wikipedia.org/wiki/Observable_universe


Para expandir sua resposta -

Derek, da Veritasium no Youtube, explica a parte "(e é)" -

... Isso não viola a teoria da relatividade de Einstein, uma vez que nada está se movendo no espaço mais rápido do que a luz, é apenas que o próprio espaço está se expandindo de tal forma que objetos distantes estão se afastando rapidamente uns dos outros ...

Link para o vídeo no Youtube


Galáxias distantes estão se afastando de nós mais rápido do que $ c_ {0} $ = 299 792 458 m / s, mas isso não significa que estão quebrando o limite de velocidade da luz. Essas galáxias ainda medem a velocidade da luz localmente em $ c_ {0} $ (assumindo que a velocidade da luz e as leis da física são as mesmas em todo o universo), e nunca alcançariam e se moveriam mais rápido do que os fótons passando eles: os fótons que passam por essas galáxias na direção oposta a nós ainda se afastam de nós mais rapidamente do que essas galáxias.

Observamos que, em média, quanto mais longe está uma galáxia, mais rápido ela se afasta de nós. Se considerarmos que nossa galáxia não está em um lugar especial no universo (assim como nosso Sol não está em um lugar especial em nossa galáxia e como a Terra não é um planeta em torno do qual o resto do universo gira), então pensamos que qualquer outra galáxia deveria fazer a mesma observação que a nossa, isto é, que outras galáxias se afastam delas e que quanto mais longe mais rápido são vistas recuando. Chamamos isso de expansão do universo.

Algumas pessoas dirão que essa expansão se deve ao espaço sendo "esticado" ou "criado" entre as galáxias, como se o espaço fosse uma entidade ou substância sendo realmente esticada ou criada. Para mim, esta é uma explicação pobre, porque ninguém jamais detectou aquela entidade ou substância que chamamos de espaço, pois agora é uma abstração teórica ao invés de algo que tem uma realidade tangível.


Caso você esteja se perguntando, a história que se segue é que a matéria mais distante que vemos (o Fundo de Microondas Cósmico ou CMB, para abreviar) estava a 42 milhões de anos-luz de distância de nós, 380.000 anos após o big bang, quando ele emitiu o luz que estamos detectando agora, e esta matéria está agora a 46 bilhões de anos-luz de distância (que chamamos de raio de nosso universo observável).

O motivo pelo qual não podemos ver a luz de mais de 380.000 anos após o big bang é que, antes dessa época, o universo era considerado muito denso para permitir que a luz viajasse livremente sem ser constantemente reabsorvida pela matéria circundante.

A razão pela qual demorou tanto para essa luz chegar até nós é que 380.000 anos após o big bang, a matéria que estava a 42 milhões de anos-luz de distância (a matéria que emitiu a luz que chamamos de CMB) estava recuando muito mais rápido do que $ c_ {0} $ da futura Via Láctea, portanto, a luz que ela emitia em nossa direção estava na verdade ficando mais longe.

E a razão pela qual essa luz chegou até nós é que, durante os primeiros 9 bilhões de anos após o big bang, acredita-se que o universo tenha desacelerado (ao contrário dos últimos 5 bilhões de anos, quando se pensava que estava acelerando). O que isso significa é que as galáxias (ou futuras galáxias) estavam se afastando umas das outras a uma velocidade de desaceleração durante os primeiros 9 bilhões de anos. A matéria que emitiu o CMB não desacelerou o suficiente para recuar menos de $ c_ {0} $ de nós, mas a luz que ele emitiu 380.000 anos após o big bang finalmente atingiu um ponto em que as galáxias se afastaram de nós mais lentamente do que $ c_ {0} $, ou seja, um ponto onde aquela luz começou a se aproximar de nós (em outras palavras, a região esférica dentro da qual as galáxias se afastam de nós mais lentamente do que $ c_ {0} $ aumentou rápido o suficiente para que a luz do O CMB acabou entrando nele), e 13,8 bilhões de anos depois finalmente o recebemos.

Os valores para a idade do universo e o raio do universo observável são calculados resolvendo as equações da teoria da relatividade geral de Einstein, assumindo que o universo é homogêneo e isotrópico e usando observações cosmológicas para estimar os vários parâmetros nas equações.

Se você quiser saber mais, esta é uma leitura útil sobre galáxias se afastando de nós mais rápido que a velocidade da luz e a expansão do universo: Confusão em expansão: conceitos errôneos comuns de horizontes cosmológicos e a expansão superluminal do universo


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