¿Por qué vemos un cambio en el color de la luz de galaxias distantes si la velocidad de la luz es constante para cada observador?

¿Por qué vemos un cambio en el color de la luz de galaxias distantes si la velocidad de la luz es constante para cada observador?

Muy simplificado, tomo 2 opciones:

  1. Cuando una estrella se aleja de nosotros y emite un fotón, el fotón no es un punto, sino un pulso de cierta longitud. Debido a que la estrella se mueve, el frente del pulso se emite en un punto diferente al final del pulso. Por lo tanto, el fotón se estira dando como resultado una longitud de onda más grande, por lo tanto, desplazamiento hacia el rojo. Entonces, si miramos una galaxia giratoria, las estrellas que se mueven hacia nosotros se desplazan hacia el azul, las que se alejan se desplazan hacia el rojo.
  2. Cuando una estrella emite un fotón, pero el espacio por el que viaja se expande, el fotón se estira y, por lo tanto, se desplaza hacia el rojo.

Cualquiera sea la razón por la que una estrella se aleja de nosotros. Movimiento real en el espacio o expansión del espacio, los fotones se estiran si las estrellas se alejan de nosotros. Ambas contribuciones se suman.

Para ondas de todo tipo (luz incluida) hay una ecuación:

La longitud de onda es igual a la velocidad de la onda, dividida por su frecuencia.

La velocidad de la luz es (como usted dice) constante, pero la frecuencia (que determina el color) y la longitud de onda no lo son.

Dado que el espacio se expande, las galaxias distantes se alejan de nosotros y el espacio entre ellas y nosotros se extiende.

Esto AUMENTA la longitud de onda de la luz que proviene de ellos, lo que DISMINUYE la frecuencia.

Por lo tanto, el color natural de las estrellas se empuja hacia la parte de frecuencia más baja del espectro, lo que provoca el “desplazamiento al rojo” que se ve.

Para galaxias muy distantes, la luz se desplaza tanto que ya ni siquiera está en el espectro visible, razón por la cual el nuevo telescopio espacial “James Webb” fue construido para mirar principalmente la parte infrarroja del espectro. Debido a que la luz infrarroja es producida por cualquier cosa caliente, ¡James Webb estará estacionado detrás de una gran “pantalla solar” y se le permitirá enfriarse a solo unos pocos grados por encima del cero absoluto para que no quede cegado por su propio brillo!

Si bien la ‘velocidad’ de la luz no cambia, la frecuencia sí (la onda de signo arriba y abajo y qué tan cerca están esos picos)

Un objeto que se mueve hacia nosotros un .5c y alumbra una luz hacia nosotros verá que la luz cambia al extremo azul del espectro (aumenta la frecuencia y aumenta la energía)

un objeto que se retira de nosotros tendrá su frecuencia desplazada en rojo (o más bajo)

Los científicos pueden determinar el grado de cambio al ubicar marcadores específicos dentro de la emisión donde la energía que se emite es parcialmente absorbida por un elemento como el hidrógeno. Deja pequeñas sombras en la firma de la emisión de luz capturada que permite la fácil determinación de las velocidades relativas y, por lo tanto, cuánto cambio rojo o azul ha tenido lugar.

Una buena manera de conceptualizar esto es considerar que su reloj simplemente se mueve más lentamente si se está cerrando con la fuente de emisión que si se estuviera retirando.

Si su reloj funciona “más lento”, se toma una muestra más grande de energía EM, con una frecuencia más alta y una mayor energía para llevar. Si está en retirada, la ventana de muestreo del reloj es más pequeña, por lo que la energía es menor y la frecuencia también.

El cambio de color habla de la distancia de la galaxia en relación con nosotros.

Y, obviamente, si hay un cambio de color, también habla de la velocidad con la que viaja.

Después de todo, si la velocidad de las galaxias que se separaran permaneciera igual, no veríamos ningún cambio de color. El cambio de color también habla de cómo algunas galaxias se mueven a diferentes velocidades, en comparación con otras.

Es por eso que algunas galaxias ya se cree que se alejan de nosotros más rápido que la velocidad de la luz. Principalmente porque el cambio de color rojo es tan alto y casi no es visible, que teniendo en cuenta la expansión del universo, se cree que ya se están alejando de nosotros más rápido que la velocidad de la luz.

La pregunta principal ahora, en cierto modo es … ¿Se están moviendo realmente esas galaxias más rápido que la velocidad de la luz? ¿El espacio en esa región del universo se expande más rápido que la velocidad de la luz?

Porque la energía no es constante. Se ve afectado por la gravedad. Y para la luz, la energía depende de la frecuencia, no de la velocidad.

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