¿Cómo viaja la luz miles de años luz sin eventualmente ser disipada por el polvo y los objetos más grandes?

Sí, que vacio. Por eso lo llaman “espacio”.

Pero para corregir algunas percepciones erróneas …

> luz reflejada de objetos gigantes como la nebulosa

Las nebulosas no son visibles debido a la luz * reflejada *. Son visibles porque los gases ionizados que los componen * emiten * luz.

[Editar: estoy parcialmente equivocado aquí! Existen al menos 500 nebulosas de reflexión conocidas. ¡Gracias, Alan Marble, por el puntero! Por lo general, reflejan la luz de las estrellas cercanas.]

Eso sugiere que puede haber una cantidad considerable de gas y sólidos, NO emitiendo luz. Sin embargo, no hay suficiente para oscurecer mucho. Quizás un sexto de la materia invisible en la galaxia es bariónica o materia “real”.

La materia oscura existe y afecta los efectos gravitacionales, pero por lo que podemos decir, no se parece en nada a los tipos de materia conocidos. Cinco sextos de la materia total en la galaxia están en una forma que, en la mejor de nuestras mediciones, no interactúa significativamente con la materia ordinaria o los fotones * excepto * a través de efectos gravitacionales. Es por eso que la materia oscura es tan emocionante.

> sin obstáculos

Sin obstáculos, sí: no chocan con otras partículas y se convierten en otra forma de energía, refractada o reflejada. Pero no totalmente afectado: fueron desviados un poco por cada pozo de gravedad por el que pasaron, incluido el nuestro y el del sol; y para los observatorios terrestres al menos, nuestra atmósfera tiene un efecto significativo.

> por miles de años

Los candidatos para las galaxias más conocidas y los estallidos de rayos gamma, como MACS0647-JD, están en el orden de 13.3 * billones * de años luz de distancia (y por lo tanto, los estamos viendo como estaban hace unos 13,300,000,000 años, como la luz ha sido viajar sin trabas en línea recta durante tanto tiempo), no solo miles. A unos 10 ^ 23 millas de distancia.

Pero todo esto nos lleva a la paradoja de Olbers: ¿por qué no estamos rodeados de la luz de todas las estrellas y galaxias que nos rodean, en todas las direcciones? ¿Por qué hay tanto * negro * en el espacio?

Esto se ha atribuido a varias razones, el hecho de que el universo no sea infinito es una gran parte de la respuesta. El cambio rojo significa que muchas de las luces más alejadas en el cielo no son visibles para nuestros ojos, y la luz del Big Bang en sí se ha desplazado al rojo a la longitud del microondas. La distribución fractal significa que se espera aglomeración. Pero está lejos de ser una pregunta contestada.

Pero la respuesta básica a su pregunta es (de wikipedia), la línea simple: “el camino libre medio de un fotón en el espacio intergaláctico es de aproximadamente 10 ^ 23 km, o 10 mil millones de años luz”.

En primer orden, es cierto que la luz puede viajar miles de millones de años luz sin disiparse significativamente, porque el universo es un lugar bastante desolado. Sin embargo, la luz que viaja a través del universo interactúa con la escasa materia que interviene hasta cierto punto, lo que resulta en algunos efectos muy observables e interesantes. Destacaré algunos aquí:

1. ¿Recuerdas el experimento BICEP2 y su afirmación de que habían encontrado evidencia de ondas gravitacionales primordiales y, por lo tanto, de inflación? La esencia de todo el asunto era que este experimento había detectado una forma especial de polarización en el fondo cósmico de microondas, pero luego esa afirmación pronto se volvió complicada por el hecho de que no habían tenido en cuenta el efecto de intervenir el polvo lo suficientemente bien. De hecho, BICEP2 está específicamente diseñado para apuntar en un área que tiene la menor cantidad de polvo posible, a fin de minimizar la interacción entre el CMB y el polvo.
2. Las observaciones de cuásares muy distantes y cómo el espectro de luz recibido aquí en la Tierra cambia dependiendo del lejano quásar nos dice mucho sobre cómo ha cambiado el universo en los últimos 10 mil millones de años más o menos. Específicamente, la luz de los cuásares muy distantes exhibe lo que llamamos un comedero Gunn-Peterson, que corresponde a una absorción significativa de ciertas longitudes de onda de luz. Estos canales indican que cuando estos cuásares muy distantes emitían luz, había una cantidad significativa de hidrógeno neutro, que absorbe esas longitudes de onda particulares. Esta absorción desapareció hace unos 12 mil millones de años, lo que sugiere que el universo pasó de neutral a ionizado en ese momento.
3. En una vena similar, la ionización del universo también cambia el fondo cósmico de microondas, haciendo que el espectro de potencia sea ligeramente más bajo y suavizado. Esencialmente, esto surge debido a la disipación debido a la dispersión de la luz de estas partículas cargadas. Este es un efecto significativo, y lo usa para determinar cuánto material ionizado hay en el camino, hablando en términos generales.

Entonces, si bien es correcto imaginar que la luz fluye a través del espacio sin inhibiciones, comprender cómo la luz se dispersa del polvo produce efectos mensurables y es muy importante para nuestra comprensión del universo.

Como adivinan los detalles, sí, es porque el espacio está realmente muy, muy vacío.

Parte de la luz está bloqueada por nubes de polvo interestelar. Tal nube sigue siendo un vacío mucho más perfecto que cualquier cosa que podamos hacer en la tierra, y excepcionalmente claro. Estamos hablando de una partícula de humo invisible nanoscópica cada cientos de metros. Sin embargo, en escalas de años luz, son opacos.

Otras partes del espacio están mucho más vacías.

Los objetos macroscópicos bloquean aún menos. Todas las estrellas en el universo observable ocupan solo una pequeña fracción del área del cielo que ocupa el sol o la luna. Si tomaran más, sería tan ligero en la noche como en el día. Una estrella es realmente pequeña vista desde distancias interestelares. La mayoría de las líneas de visión continúan sin interrupciones hasta el momento en que el universo era opaco y se liberaba la radiación cósmica de fondo de microondas.

Sí, el espacio es ESO vacío, o incluso más que eso. La densidad promedio del medio intergaláctico es de un protón por metro cúbico; solo podemos soñar con producir ese nivel de vacío en la Tierra. El espacio está tan vacío, que un rayo gamma de alta energía creado a miles de millones de años luz de distancia tiene una mayor probabilidad de desaparecer debido a la colisión con un fotón de luz visible, que debido a la colisión con alguna partícula de materia, a pesar de la sección transversal del fotón. la colisión de fotones es baja y el espacio es bastante oscuro.

No se dispersa ni se extingue porque estás pensando en el plasma (partículas cargadas) como si fueran simplemente gases neutros. La luz cuando interactúa con un electrón que está por encima del resto de energía se emite principalmente en la dirección “hacia adelante”. Esto conduce a una ligera disminución de la energía que conduce al desplazamiento al rojo. No, no es causado por una curva mágica, acelerando, expandiendo nada.

Bremsstrahlung

“Un análisis de la sección transversal doblemente diferencial anterior muestra que los electrones cuya energía cinética es mayor que la energía restante (511 keV) emiten fotones en dirección hacia adelante, mientras que los electrones con una pequeña energía emiten fotones isotrópicamente”.

En grandes distancias, la pérdida de energía eventualmente conduce a la disolución del paquete de ondas cuánticas, por lo que actualmente solo podemos ver una distancia limitada en un universo infinito.

Un nuevo Redshift no Doppler

Debe comprender que actualmente los cosmólogos tratan un universo de plasma al 99% con la física de los otros tres estados de la materia, por lo que requieren teorías ad-hoc en su intento de que el plasma de martillo se comporte como el estado de la materia.

Si, de hecho, el universo estuviera compuesto por 99% de sólidos, líquidos y gases, materia no ionizada, entonces no podríamos ver una cuarta parte de la distancia que hacemos actualmente.

Y no dejes que te engañen pensando que el espacio está vacío. Las personas que te dicen esto no tienen idea de la realidad.

Ulises (nave espacial)

“Ulises descubrió que el polvo que ingresaba al Sistema Solar desde el espacio profundo era 30 veces más abundante de lo esperado”.

Entonces, todos sus cálculos están desactivados 30 veces para comenzar. Y no olvidemos esos enormes halos de plasma alrededor de cada galaxia. Pero como estamos discutiendo las partículas cargadas, que tienden a emitir fotones en la dirección hacia adelante, podemos comenzar a ver cómo la luz puede atravesar estas vastas nubes de plasma con solo una ligera disminución de sus longitudes de onda debido a una ligera pérdida de energía, lo que aumenta a medida que la densidad de electrones aumenta con la distancia.

Sí, el espacio está realmente vacío y aún más vacío de lo que podrías pensar. Está vacío en casi todas las escalas, por ejemplo, un átomo es como 99.99% de espacio vacío.
Por lo tanto, la luz puede viajar sin obstáculos en el espacio porque realmente no hay nada en el camino: el polvo es demasiado escaso, las estrellas cubren un área cuadrada muy pequeña del cielo y las galaxias son grandes, pero muy muy lejos. Sin embargo, parte de la luz aún puede cubrirse localmente con las llamadas ‘nebulosas oscuras’, que son objetos muy dispersos pero más gruesos, por lo que absorben efectivamente la luz visible, pero no la infrarroja.