Μακριά, πολύ μακριά: Πόσο μακριά είναι αυτός ο γαλαξίας;

 

Γαλαξίες στο Κουιντέτο του Στέφανου. Πίστωση: NASA, ESA και η ομάδα Hubble SM4 ERO

Τον Δεκέμβριο του 2022, αστρονόμοι που χρησιμοποιούσαν τη Συστοιχία Μεγάλου Χιλιοστού/Υποχιλιοστού Atacama (ALMA) επιβεβαίωσαν την ανακάλυψη ενός από τους πιο μακρινούς γαλαξίες που έχουν παρατηρηθεί ποτέ. Το αχνό ραδιοφώς που κατέγραψε η ALMA ξεκίνησε το ταξίδι του προς εμάς όταν το σύμπαν ήταν λιγότερο από 360 εκατομμύρια χρόνια. Είναι ένας τρομερά μακρινός γαλαξίας, αλλά πόσο μακριά είναι πραγματικά; Η απάντηση είναι λίγο περίπλοκη και εξαρτάται από το τι εννοείς με τον όρο απόσταση.

Αρχικά, οι αστρονόμοι δεν μπορούν να μετρήσουν απευθείας την απόσταση των γαλαξιών που βρίσκονται δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αντίθετα, μετρούν αυτό που είναι γνωστό ως redshift ή z. Σε αυτή την περίπτωση, η ομάδα μέτρησε ένα συγκεκριμένο μήκος κύματος φωτός που εκπέμπεται από το οξυγόνο γνωστό ως OIII. Όταν παρατηρούμε τη γραμμή εκπομπής OIII σε ένα εργαστήριο εδώ στη Γη, έχει μήκος κύματος 88 μικρόμετρα. Η γραμμή OIII ALMA που παρατηρήθηκε στον συγκεκριμένο γαλαξία ήταν πολύ μεγαλύτερη, περίπου 1.160 μικρόμετρα. Δεδομένου ότι το κόκκινο φως έχει μεγαλύτερο μήκος κύματος από το μπλε φως , λέμε ότι η παρατηρούμενη γραμμή OII μετατοπίζεται στο κόκκινο ή μετατοπίζεται προς το κόκκινο. Δεδομένων αυτών των δύο αριθμών, ο υπολογισμός του z είναι εύκολος. Είναι απλώς η σχετική ερυθρή μετατόπιση του παρατηρούμενου φωτός, Άρα z = (1160—88)/88 = 12,2 Όσο μεγαλύτερο είναι το z, τόσο μεγαλύτερη είναι η ερυθρή μετατόπιση και z = 12,2 είναι η μεγαλύτερη επιβεβαιωμένη μετατόπιση προς το κόκκινο ενός γαλαξία μέχρι στιγμής.

Άρα τι σχέση έχει αυτό με την απόσταση; Υπάρχουν δύο τρόποι με τους οποίους το φως από έναν γαλαξία μπορεί να μετατοπιστεί στο κόκκινο. Η πρώτη είναι γνωστή ως μετατόπιση Doppler και προκαλείται από τη φυσική κίνηση ενός γαλαξία στο διάστημα. Μάλλον γνωρίζετε αυτό το εφέ στον ήχο. Όταν ένα τρένο περνά με ταχύτητα δίπλα σας, η κόρνα του ακούγεται ψηλότερα καθώς το τρένο σας πλησιάζει και χαμηλώνει καθώς σας προσπερνά και κυλάει μακριά. Τα ηχητικά κύματα μαζεύονται καθώς το τρένο κινείται προς το μέρος σας και έχουν υψηλότερο βήμα, και τεντώνονται καθώς το τρένο απομακρύνεται από εσάς, άρα χαμηλότερο βήμα. Το ίδιο συμβαίνει και με το φως. Εάν ένας γαλαξίας κινείται προς το μέρος μας, το φως του μετατοπίζεται μπλε και το φως μετατοπίζεται προς το κόκκινο αν απομακρύνεται από εμάς.

Εικόνα του γαλαξία όπως φαίνεται από το JWST και το ραδιοφάσμα του όπως φαίνεται από το ALMA. Πίστωση: NASA/ESA/CSA/T. Treu, UCLA/NAOJ/T. Bakx, Nagoya U

Ο δεύτερος τρόπος με τον οποίο μπορεί να συμβεί η μετατόπιση στο κόκκινο είναι μέσω της κοσμικής διαστολής. Το σύμπαν διαστέλλεται, και αυτό σημαίνει ότι καθώς το φως ταξιδεύει προς εμάς από έναν μακρινό γαλαξία, το μήκος κύματος του εκτείνεται από τη διαστολή του διαστήματος. Όσο περισσότερο ταξιδεύει το φως τόσο περισσότερο τεντώνεται το φως, άρα τόσο περισσότερο μετατοπίζεται το φως προς το κόκκινο. Αυτό είναι γνωστό ως κοσμολογική ερυθρή μετατόπιση. Για τους μακρινούς γαλαξίες, σχεδόν όλη η ερυθρή μετατόπιση που παρατηρούμε είναι κοσμολογική. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο γνωρίζουμε ότι οι γαλαξίες υψηλής μετατόπισης προς το κόκκινο όπως αυτός είναι πολύ, πολύ μακριά.

Αλλά αυτό ακόμα δεν μας λέει τη συγκεκριμένη απόσταση. Για να προσδιορίσουμε ότι πρέπει να δούμε πώς διαστέλλεται το σύμπαν με την πάροδο του χρόνου. Αυτή τη στιγμή υπάρχει λίγη αβεβαιότητα σχετικά με τον ρυθμό της κοσμικής διαστολής, γνωστή ως παράμετρος Hubble. Οι παρατηρήσεις της αποστολής Planck του κοσμικού υποβάθρου μικροκυμάτων έθεσαν την τιμή σε περίπου 68 (km/s)/Mpc, ενώ οι παρατηρήσεις του διαστημικού σκάφους Hubble και Gaia του δίνουν υψηλότερη τιμή περίπου 72 (km/s)/Mpc. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή, τόσο πιο γρήγορα διαστέλλεται το σύμπαν και τόσο πιο μακριά βρίσκονται οι μακρινοί γαλαξίες. Εάν διαλέξουμε μια μεσαία τιμή 70 (km/s)/Mpc, τότε μπορούμε να υπολογίσουμε μια λογική απόσταση χρησιμοποιώντας τη γενική σχετικότητα , αλλά ακόμη και τότε η απάντησή μας θα εξαρτηθεί από το πώς ορίζουμε την απόσταση.

Ένας ορισμός θα ήταν να ρωτήσουμε πόσο καιρό το φως ταξίδεψε από τον γαλαξία προς εμάς. Αυτός είναι γνωστός ως χρόνος ταξιδιού με φως και αποδεικνύεται ότι είναι περίπου 13,1 δισεκατομμύρια χρόνια. Δεδομένου ότι το σύμπαν είναι περίπου 13,46 δισεκατομμυρίων ετών (με βάση την παράμετρο Hubble που επιλέξαμε), αυτό σημαίνει ότι το φως έφυγε από τον γαλαξία όταν το σύμπαν ήταν περίπου 360 εκατομμυρίων ετών. Αυτός ο ορισμός είναι χρήσιμος για τους αστρονόμους, καθώς οι μακρινοί γαλαξίες μας λένε για το πρώιμο σύμπαν. Είναι πιο σημαντικό για τους αστρονόμους να γνωρίζουν τη θέση ενός γαλαξία στην ιστορία παρά την απόστασή του.

Καθώς το φως ταξιδεύει μέσα από το διαστελλόμενο σύμπαν, το μήκος κύματός του τεντώνεται. Πίστωση: NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)

Εφόσον το φως ταξίδεψε για 13,1 δισεκατομμύρια χρόνια, σημαίνει αυτό ότι ο γαλαξίας είναι 13,1 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά; Όχι ακριβώς. Λόγω της κοσμικής διαστολής , το φως ταξίδεψε για πολύ περισσότερο από ό,τι θα έκανε αν το σύμπαν δεν διαστέλλονταν. Ο γαλαξίας ήταν πιο κοντά μας όταν το φως ξεκίνησε το ταξίδι του. Πολύ πιο κοντά. Αν υπολογίσουμε πόσο μακριά ήταν ο γαλαξίας από εμάς πριν από 13,1 δισεκατομμύρια χρόνια, θα έχουμε 2,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Έτσι, αυτός ο γαλαξίας ήταν μόλις 2,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, αλλά το σύμπαν επεκτάθηκε τόσο πολύ που το φως του χρειάστηκε 13,1 δισεκατομμύρια έτη φωτός για να φτάσει σε εμάς.

Φυσικά, μάλλον θέλετε να μάθετε πόσο μακριά είναι τώρα ο γαλαξίας. Σίγουρα, ο γαλαξίας ήταν 2,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά, αλλά μόλις το φως άρχισε να κατευθύνεται προς το μέρος μας, ο γαλαξίας συνέχισε να απομακρύνεται από εμάς λόγω του διαρκώς διαστελλόμενου σύμπαντος. Πού είναι λοιπόν ο γαλαξίας τώρα; Εάν κάνετε τα μαθηματικά, αποδεικνύεται ότι ο γαλαξίας βρίσκεται τώρα περίπου 32 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Αλλά να περιμένετε ένα λεπτό; Πώς μπορούμε να δούμε έναν γαλαξία 32 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά αν το σύμπαν είναι μικρότερο από 14 δισεκατομμύρια χρόνια; Η απάντηση είναι ότι δεν μπορούμε. Η άποψη του ALMA για τον γαλαξία είναι πώς φαινόταν όταν ήταν μόλις 2,4 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά. Δεν θα μπορέσουμε ποτέ να δούμε πώς μοιάζει ο γαλαξίας τώρα. Είναι πολύ μακριά και το σύμπαν διαστέλλεται πολύ γρήγορα για να μας φτάσει αυτό το φως. Βλέπουμε μόνο την οπτική ηχώ του πού ήταν και πώς εμφανιζόταν.

Όλα αυτά είναι αρκετά περίεργα για να δένουν τον εγκέφαλο οποιουδήποτε σε κόμπο. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι αστρονόμοι επικεντρώνονται στην ερυθρή μετατόπιση z, και γιατί συνήθως μιλάμε για το πόσο χρονών ήταν το σύμπαν όταν το γαλαξιακό φως ξεκίνησε το ταξίδι του. Αυτό είναι αρκετό για να μας πει ότι ο γαλαξίας είναι πολύ μακριά και φαίνεται από παλιά. Τόσο καιρό πριν και τόσο μακριά που η απόστασή του είναι δύσκολο να προσδιοριστεί.

https://phys-org.translate.goog/news/2023-04-distant-galaxy.html?_x_tr_sl=auto&_x_tr_tl=el&_x_tr_hl=el

 New Big brain‘s team

 

Μην ξεχνάς ότι η μάθηση είναι θέμα κατανόησης και όχι παπαγαλίας !!!

 

Μπορείτε να μας παρακολουθείτε και στο  FACEBOOK  και INSTAGRAM

Για κάθε απορία σας στείλτε μας μήνυμα στο bigbrain2220@gmail.com

Μπορείς αν θέλεις να μοιραστείς αυτό το άρθρο με φίλους ή φίλες σου  !!!

Επικοινωνία : bigbrain2220@gmail.com