¿Qué tan ‘roja’ está la estrella más lejana? ¿El borde del universo está tan rojo que ha desaparecido de la vista?

Permítanme decir que esta es una pregunta absolutamente fantástica con una respuesta complicada.

El borde del universo y la estrella más lejana

Usted pregunta si “el borde del universo está tan desplazado hacia el rojo que desaparece de la vista”. En primer lugar, no sabemos si el universo tiene una ventaja. Se cree que no tiene uno . Nuestra mejor suposición actual es que el universo es infinito o se envuelve sobre sí mismo.

Del mismo modo, no hay una estrella más lejana per se. Sin embargo, hay una estrella más distante que podemos ver.

La estrella más lejana conocida

A medida que avanza más y más, las mediciones de desplazamiento al rojo se hacen más difíciles porque cada vez es más difícil saber cuál era el espectro de emisión original del objeto. El “evento cósmico” más desplazado hacia el rojo que hemos observado que tenemos una medición precisa del desplazamiento al rojo es una explosión de rayos gamma llamada GRB 090423. (No es realmente una estrella, lo sé. Lo siento). Está en el desplazamiento al rojo 8.2, que corresponde a a unos 13 mil millones de años luz de distancia.

Si observa las medidas de las que estamos menos seguros, puede encontrar UFD-39546284 (https://en.wikipedia.org/wiki/UD…), que creemos que es una galaxia en el desplazamiento al rojo 12. Eso corresponde a aproximadamente 14 mil millones de años luz de distancia.

¿Ir más lejos? ¡No hay tiempo!

Se dice que el universo observable tiene aproximadamente 96 mil millones de años luz de radio. Si el universo no tiene borde, ¿por qué no podemos ver más allá de eso? ¿Es solo porque la luz se pone demasiado tenue? ¿Es porque, como usted sugirió, la luz se desplaza tan hacia el rojo que desaparece? La idea del desplazamiento al rojo es buena. Y volveré a eso. Pero, sorprendentemente, la respuesta es ninguna.

¡La razón por la que no podemos ver más allá de aproximadamente 96 mil millones de años luz es porque el universo tiene solo unos 14 mil millones de años! Imagine que hubo un Big Bang y justo después del Big Bang, el universo apareció con infinita extensión. (Esto probablemente no sea realmente exacto, pero corre con él.) E imagina que inmediatamente después del Big Bang, algunos alienígenas a 15 mil millones de años luz intentaron enviarnos una señal usando un láser. (Ahora estoy siendo completamente absurdo, pero corre con eso.) Dado que la luz viaja a una velocidad finita (la velocidad de la luz), la luz tardará 15 mil millones de años en alcanzarnos.

¡Pero solo han pasado 14 mil millones de años! Entonces esos extraterrestres no podrían enviarnos una señal.

Pero espera … ¿no dije que el universo observable tiene NOVENTA Y SEIS billones de años luz? ¿Por qué es ese número mayor de 14 mil millones de años luz? ¡La respuesta es, por supuesto, que el universo se expandió en esos 14 mil millones de años! Entonces, si nuestros extraterrestres estaban a 14 mil millones de años luz de distancia hace 14 mil millones de años, ahora están a unos 96 mil millones de años luz de distancia.

Infinito desplazamiento al rojo y el horizonte cosmológico

La razón por la que podemos usar el desplazamiento al rojo como medida de la distancia es porque el universo se está expandiendo. Y esto significa que los objetos que están lejos de nosotros se alejan más rápido de nosotros y la luz que emiten se desplaza más hacia el rojo cuando llega a nosotros.

Afortunadamente, hay infinitos tonos de “rojo”, por lo que siempre que la luz se desplace hacia el rojo en una cantidad finita, podemos (al menos en principio) observar la luz.

Pero el universo no solo se está expandiendo, se está acelerando. (¡Y no tenemos idea de por qué! Si has oído hablar de la energía oscura, ese es el nombre que le dimos a la misteriosa causa de la aceleración). No está acelerando muy rápido, pero sigue acelerando. Y esta aceleración lo cambia todo. Ahora para fuentes extremadamente distantes , el efecto de desplazamiento al rojo se amplifica. Y para las fuentes que están lo suficientemente distantes, la amplificación puede ser infinita, de modo que la luz de una fuente muy, muy, muy distante nunca nos alcance en absoluto.

Esto se llama horizonte cosmológico y es extremadamente similar al horizonte de eventos de un agujero negro.

Actualmente, la distancia requerida para un desplazamiento hacia el rojo tan grande es mucho mayor que el radio de 14 mil millones de años luz del universo observable. Pero en principio, está ahí.

(DESCARGO DE RESPONSABILIDAD: si el universo es finito, puede que aún no exista un horizonte cosmológico, pero eventualmente aparecerá a medida que el universo se expanda).

La “cosa” más lejana que podemos ver (aún no es una estrella) es el gas casi homogéneo, que brilla a unos 3.000 grados Kelvin, que llenó el universo aproximadamente 380.000 años después del Big Bang. A medida que este gas se enfrió, se volvió eléctricamente neutro y transparente a la radiación, incluido su propio resplandor. Esta luz, desplazada al rojo por un factor de aproximadamente 1,100, es lo que detectamos hoy como la radiación de fondo cósmica de microondas. Esta es la primera “luz” más desplazada hacia el rojo que podemos ver.

Las estrellas llegaron mucho más tarde, millones de años después del Big Bang. Por lo tanto, la luz, incluso desde las primeras estrellas, no se desplazaría al rojo en más de un factor en las bajas decenas en la época actual.

En el futuro lejano, en un universo acelerado, veremos un fondo de microondas que se desplaza hacia el rojo por un factor mucho más grande, y en consecuencia, las primeras estrellas que se desplazarían hacia el rojo también mucho más. Estas estrellas no son más antiguas que las primeras estrellas que podemos ver hoy, están mucho más lejos, por lo que su luz tarda mucho más en llegar a nosotros.

Ah, y el universo no tiene “borde”. El “universo visible” tiene límites (solo podemos ver cosas desde las cuales la luz podría alcanzarnos durante los ~ 14 mil millones de años que el universo ha existido), pero estos límites son diferentes para cada observador; estamos en el centro de nuestro universo visible, pero podemos estar en el borde del universo visible como lo ve un extraterrestre.

Lista de los objetos astronómicos más distantes – Wikipedia

El objeto visible más alejado conocido es la galaxia GN-z11 con un desplazamiento al rojo de z = 11.09. No podemos distinguir estrellas individuales en galaxias tan lejanas.

El fondo cósmico de microondas está en un desplazamiento al rojo de 1,100, de 380,000 años después del Big Bang.

El fondo cósmico de neutrinos (C [matemáticas] \ nu [/ matemáticas] B) proviene de solo un segundo después del Big Bang. Los neutrinos en ese momento tenían energías de 2.5 MEV, lo que corresponde a una temperatura de 29 giga Kelvin. El fondo cósmico de neutrinos está ahora en 1.95 K, lo que da una relación de casi 15 mil millones. No tenemos radiación electromagnética desde ese momento, por lo que no es un desplazamiento al rojo óptico. Hay propuestas de métodos para detectar C [math] \ nu [/ math] B, que podrían proporcionar nuevas ideas sobre el proceso del Big Bang.

Los objetos astronómicos no se vuelven invisibles debido a los altos desplazamientos al rojo en el pasado, sino a la distancia después de la inflación. Cualquier cosa que siempre haya estado fuera de nuestro cono de luz pasado no puede comunicarse con nosotros.

No hay borde del universo. En el mejor de los casos, podemos determinar las regiones límite del universo VISIBLE.
Además, no hay una estrella más lejana. Cuanto más lejos vayas, más “estrellas más lejanas” encontrarás.
Pero ambas preguntas tienen una respuesta común. La estrella visible más lejana es tan roja como las regiones fronterizas del universo. Y hay muchos más más allá también.