Desvio para o Vermelho Cosmológico e Distância

À medida que o universo se expande, a luz de fontes distantes é esticada para comprimentos de onda mais longos, o desvio para o vermelho cosmológico, e a própria noção de distância divide-se em várias medidas distintas, dependentes da expansão.

Definition

O desvio para o vermelho cosmológico é o aumento do comprimento de onda da luz pelo fator pelo qual o fator de escala cresceu durante a sua viagem, e as distâncias cosmológicas são quantidades dependentes do observador e do método (comóvel, de luminosidade, de diâmetro angular) que se reduzem a uma única distância euclidiana apenas no limite próximo de baixo desvio para o vermelho.

Scope

Este tópico aborda o desvio para o vermelho cosmológico como um estiramento dos comprimentos de onda pelo crescimento do fator de escala, a sua distinção dos desvios para o vermelho Doppler e gravitacional, e a família de medidas de distância, comóvel, própria, de luminosidade e de diâmetro angular, que surgem num espaço-tempo em expansão, juntamente com a forma como cada uma se relaciona com o desvio para o vermelho e a história da expansão.

Core questions

• Por que o desvio para o vermelho cosmológico não é simplesmente um desvio Doppler?
• Como o desvio para o vermelho se relaciona com a história da expansão do universo?
• Por que existem várias definições diferentes de distância em cosmologia?

Key concepts

• Desvio para o vermelho cosmológico
• Fator de escala na emissão
• Distância comóvel
• Distância de luminosidade
• Distância de diâmetro angular
• Velas e réguas padrão

Key theories

Desvio para o vermelho a partir do crescimento do fator de escala

O comprimento de onda observado da luz é esticado em proporção ao quanto o fator de escala cresceu desde a emissão, de modo que o desvio para o vermelho mede diretamente a expansão relativa do universo entre a emissão e a observação, em vez de uma velocidade local.

Múltiplas medidas de distância

Num universo em expansão, a distância de luminosidade (a partir do brilho observado) e a distância de diâmetro angular (a partir do tamanho observado) diferem entre si e da distância comóvel, todas relacionadas através do desvio para o vermelho e da história da expansão, de modo que a distância inferida depende do que é medido.

Clinical relevance

Estas relações transformam observações em cosmologia: medir o brilho de supernovas de "vela padrão" em função do seu desvio para o vermelho revela a expansão acelerada, e as distâncias de diâmetro angular até ao fundo cósmico de micro-ondas e às características de agrupamento de galáxias restringem a geometria e o conteúdo do universo.

History

Slipher mediu os primeiros desvios para o vermelho de galáxias na década de 1910, e Hubble em 1929 combinou os desvios para o vermelho com estimativas de distância para revelar a relação linear desvio para o vermelho-distância; a compreensão destes desvios como expansão cosmológica em vez de movimento ordinário resultou da interpretação de Friedmann-Lemaitre da relatividade geral.

Key figures

• Edwin Hubble
• Georges Lemaitre
• Vesto Slipher

Seminal works

• weinberg2008
• hogg1999

Frequently asked questions

As galáxias apresentam desvio para o vermelho porque se afastam de nós?

Em escalas cosmológicas, o desvio para o vermelho surge da expansão do espaço que estica a luz em trânsito, e não do movimento através do espaço; nas proximidades, pode ser aproximado como uma velocidade de recessão, mas em alto desvio para o vermelho a interpretação da expansão é essencial e as 'velocidades' de recessão podem até exceder c sem violar a relatividade.

Por que um objeto mais distante pode parecer maior em alguns casos?

Como a distância de diâmetro angular num universo em expansão atinge um máximo e depois diminui em alto desvio para o vermelho, objetos muito distantes podem subtender um ângulo maior do que outros um pouco mais próximos, um efeito contraintuitivo ausente da geometria euclidiana quotidiana.