Al medir las distancias entre galaxias, ¿qué puntos se usan para medir?

Adam Wu dio una gran respuesta, pero me gustaría elaborar un poco sobre las diferentes técnicas utilizadas para medir las distancias entre galaxias. Primero, eche un vistazo a esta escala de distancia cósmica a continuación, que muestra varias técnicas utilizadas para diferentes distancias cósmicas:

1 pc = 3.26 años luz / 1 kpc = 3261.56 años luz / 1 mpc = 3.26 millones de años luz / 1000 mpc = 3.26 billones de años luz

Eso está cubierto. Ahora permítanme describir tres de estas técnicas:

  • Medición de distancias en nuestra galaxia y las galaxias vecinas – Variables cefeidas
    • Se usan como las llamadas “velas estándar” porque estas variables Cefeidas se iluminan y atenúan periódicamente con gran consistencia. La variabilidad es regular, es decir que no cambia con el tiempo; y existe una relación directa entre su periodicidad y su brillo, por lo que si conoce uno, conoce el otro. Como tal, al observar la periodicidad de la variabilidad, puede deducir su luminosidad, y al compararla con su magnitud aparente, puede deducir su distancia.
    • Esto es lo que hizo Edwin Hubble en 1924 con las Cefeidas en la galaxia de Andrómeda, que en ese momento se conocía como la nebulosa de Andrómeda y se pensaba que era parte de la Vía Láctea. Fue en este punto que se pudo deducir la distancia adecuada a la galaxia de Andrómeda, y así llegó a la conclusión de que nuestra galaxia no constituía todo el universo, sino que era una de muchas galaxias.
    • Las cefeidas se pueden usar para medir distancias de hasta 13 millones de años luz con telescopios terrestres; a grandes distancias, las cefeidas son demasiado tenues para ser observadas Con los telescopios espaciales, la distancia récord medida usando variables Cefeidas es de 56 millones de años luz.
  • Medición de distancias a otras galaxias – Supernovas
    • A grandes distancias de hasta aproximadamente mil millones de años luz, no se pueden observar estrellas individuales, lo que hace imposible el uso de variables cefeidas como velas estándar. Aquí es donde las supernovas tipo Ia (supernovas de sistemas binarios que involucran a una enana blanca que acumula materia de una estrella secundaria arbitraria) se usan como velas estándar, ya que producen una luminosidad máxima constante debido a la masa uniforme de enanas blancas que explotan a través de la acumulación mecanismo. La masa de estas enanas blancas es uniforme porque se convierten en supernova cuando alcanzan el límite de Chandrasekhar de 1,4 M☉.
    • Al igual que con las cefeidas, al comparar la magnitud aparente con su magnitud absoluta, puede inferir su distancia. A diferencia de las cefeidas, las supernovas de tipo Ia producen un brillo mucho mayor y, por lo tanto, se pueden usar para determinar la distancia a su galaxia anfitriona.
    • Sin embargo, hay dudas sobre la consistencia de las supernovas de tipo Ia que se utilizan como velas estándar. Algunos lo describen como una vela estandarizable en lugar de una vela estándar, ya que no todos los componentes del mecanismo son consistentes. Por ejemplo, algunas supernovas de tipo Ia ocurren a partir de enanas blancas que en realidad exceden el límite de Chandrasekhar, llamadas super-Chandras [1]. Sin embargo, ya sea que las supernovas de tipo Ia sean realmente velas estándar o no, siguen siendo una gran herramienta para inferir / aproximar distancias a escalas más grandes.
  • Medición de distancias a galaxias muy distantes – Redshift y la ley de Hubble
    • A distancias superiores a mil millones de años luz, entra en juego el desplazamiento al rojo. Debido a la expansión del espacio, todas las galaxias se alejan de nosotros, lo que extiende la luz que nos está llegando a una distancia más larga (expandida), lo que la desplaza hacia el rojo. Las galaxias más distantes están más desplazadas hacia el rojo que las galaxias más cercanas, y por lo tanto también están retrocediendo más rápido. Entonces, si conoce la velocidad de una galaxia, puede inferir su distancia.
    • La velocidad se puede deducir a través del cambio Doppler. Al medir el espectro de un objeto distante, se pueden observar cambios en las líneas del espectro a partir de las cuales se puede determinar la velocidad. Al poner la velocidad en la ecuación de Hubble ( v = H o D , donde H o es la constante de Hubble y D es la distancia adecuada e ), entonces se puede determinar la distancia. Esto se proporciona siempre que la ley de Hubble sea correcta, lo que se supone que es.

En conclusión, se utilizan varios puntos para medir, pero no se están midiendo los bordes de las galaxias, sino los objetos dentro de él, o el desplazamiento al rojo y el desplazamiento Doppler de toda la galaxia.

Notas al pie

[1] Tipo 1a Supernovas: por qué nuestra vela estándar no es realmente estándar

Al medir distancias muy largas en el espacio, empleamos las llamadas “velas estándar”.

Estos son fenómenos cósmicos que tienen un brillo constante y reconocible, lo que nos permite calcular la distancia a ellos en función de lo brillantes que parecen ser en nuestro cielo. En el caso de las galaxias, las velas estándar más confiables y comunes son las supernovas de tipo Ia.

Entonces, para cualquier medición individual de la distancia de una galaxia, el punto que se usa es la ubicación de esa supernova en particular.

Con suficientes observaciones de supernova, podemos obtener una distancia promedio que se aproxima al centro de la galaxia, suponiendo una distribución aleatoria de supernova alrededor del centro galáctico.

El error resultante es una función del tamaño de la galaxia en relación con su distancia. Andromeda tiene aproximadamente 250000 ly de ancho y está a 2.5 millones de años luz de distancia, lo que significa que el error producido por la ubicación de cualquier supernova Tipo 1a estará en el rango del 10%.

Para las galaxias más alejadas, el error producido por la ubicación específica de una vela estándar dentro de la galaxia es mucho menor. Muy pocas galaxias son en realidad significativamente más grandes que Andrómeda, pero pueden ser órdenes de magnitud más lejos.

El tamaño de la galaxia de Andrómeda es de aproximadamente 250,000 años luz de diámetro. Por lo tanto, no hace mucha diferencia hasta qué punto estamos midiendo. Recientemente, acabamos de duplicar la distancia estimada a Andrómeda porque revisamos la referencia de calibración de medición.