A Escala de Distância do Universo

Porque o universo está expandindo, esta questão é muito difícil de ser respondida. Tudo depende do seu ponto de vista...

The separation of galaxies
Este é o problema de definir uma distância em um universo que está se expandindo: Duas galáxias estão próximas uma da outra quando o universo possúi apenas 1 bilhão de anos de idade. A primeira galáxia emite um pulso de luz. A segunda galáxia não recebe este pulso antes que o universo complete 14 bilhões de anos. Neste tempo as galáxias estão separadas por 26 bilhões de anos-luz; o pulso de luz viajou durante 13 bilhões de anos; e na visão do povo que recebeu o pulso, na segunda galáxia, a imagem da primeira galáxia possúi apenas 1 bilhão de anos de idade e está apenas a 2 bilhões de anos-luz de distância.

Existem quatro diferentes escalas de distância, comumente encontradas na cosmologia:

(1) Distância pela Luminosidade - DL
Em um universo se expandindo, galáxias distantes são muito mais escuras do que você normalmente esperaria, porque os fótons de luz tornam-se esparsos e sofrem desvio para o vermelho (e também tem o tempo dilatado). Por isso são necessários enormes telescópios para ver as galáxias muito distantes. As mais distantes galáxias visíveis com o Telescópio Espacial Hubble são tão escuras que aparentam estar a uma distância de mais de 350 bilhões de anos-luz, embora o raciocínio diga que elas estão muito próximas.

Distância pela Luminosidade não é uma escala de distância realista mas é usada na determinação de quão escura as galáxias muito distantes aparentam.

(2) Distância pelo Diâmetro Angular - DA
Em um universo se expandindo, nós vemos as galáxias que estão nos limites do universo visível, como se fossem jovens galáxias, vistas como eram a 14 bilhões de anos atrás, porque essa luz levou 14 bilhões de anos para chegar até aqui. De qualquer modo, estas galáxias não são apenas jovens mas também estão muito próximas daqui.

As mais escuras galáxias visíveis com o Telescópio Espacial Hubble, estavam a uns poucos bilhões de anos-luz de nós quando emitiram essa luz. Isso significa que galáxias muito distantes, aparentam ser muito maior do que nós esperariamos normalmente, se elas estivessem a uma distância de 3 bilhões de anos-luz de nós (embora além disso sejam muito muito escuras - veja Distância pela Luminosidade).

Distância pelo Diâmetro Angular indica quão próxima a galáxia estava quando emitiu a luz que nós vemos agora.

(3) Distância pelo Movimento - DC
A Distância pelo Movimento é a escala de distância da expansão do universo. Diz-nos onde as galáxias estão agora, mesmo que nossa visão do universo distante seja de quando o mesmo era muito mais jovem e menor. Nesta escala, a borda do universo visível está a aproximadamente 47 bilhões de anos-luz de nós, embora as galáxias mais distântes, visíveis pelo Telescópio Espacial Hubble estejam agora, a aproximadamente 32 bilhões de anos-luz de nós.

Distância pelo Movimento é o oposto da Distância pelo Diâmetro - diz-nos onde as galáxias estão agora melhor que onde estavam quando emitiram a luz que nós vemos.

(4) Distância pelo Tempo de Viagem da Luz - DLT
Distância pelo Tempo de Viagem da Luz representa a viagem feita pela luz das galáxias distantes para alcançar-nos. Este é o que da significado quando se diz que o universo visível tem um raio de 14 bilhões de ano-luz - é simplesmente uma indicação que o universo tem aproximadamente 14 bilhões de anos de idade e a luz das fontes mais distantes não teve tempo para nos alcançar.

Distância pelo Tempo de Viagem da Luz é tanto uma medida do tempo quanto uma medida da distância. É útil principalmente porque nos diz quão velha é a imagem da galáxia que nós estamos vendo.


Para pequenas distâncias (abaixo de 2 bilhões de anos-luz, aproximadamente) todas as quatro escalas da distância convergem e transformam-se em uma mesma, assim é muito mais fácil definir distâncias para as galáxias no universo local, próximo de nós.

Abaixo - todas as quatro escalas da distância traçadas de acordo com o desvio para o vermelho. O desvio para o vermelho é uma medida da velocidade causada pela expansão do universo - uma galáxia com um desvio para o vermelho grande estará a uma distância maior que uma galáxia com um pequeno desvio para o vermelho. As mais distântes galáxias visíveis com o Telescópio Espacial Hubble possuem desvio para o vermelho 10, visto que as mais distantes protogaláxias do universo estão, provavelmente, com desvio para o vermelho de quase 15. A borda do universo visível possuí desvio para o vermelho infinito. Um telescópio portátil típico, pelo contraste, não pode ver muito além do desvio para o vermelho 0,1 (aproximadamente 1,3 bilhões de anos-luz).

Distance Scales in the Universe

A Distância pela Luminosidade (DL) mostra porque as galáxias distantes são tão difíceis de serem vistas - uma protogaláxia muito distante, com desvio para o vermelho 15 parece estar a aproximadamente 560 bilhões de anos-luz de nós, mesmo que a Distância pelo Diâmetro Angular (DA) nos diga que estava a aproximadamente 2,2 bilhões de anos-luz de nós quando emitiu a luz que nós vemos agora. A Distância pelo Tempo de Viagem da Luz (DLT) diz-nos que a luz desta protogaláxia viajou por 13,6 bilhões de anos entre o tempo que a luz foi emitida e hoje. A Distância pelo Movimento (DC) diz-nos que esta mesma galáxia hoje, se nós podessemos ver, estaria a aproximadamente 35 bilhões de anos-luz de nós.

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