Medidas de distancia (cosmología)

Las medidas de distancia se utilizan en cosmología física para dar una noción natural de la distancia entre dos objetos o eventos en el universo . A menudo se utilizan para vincular alguna cantidad observable (como la luminosidad de un cuásar distante , el corrimiento al rojo de una galaxia distante o el tamaño angular de los picos acústicos en el espectro de potencia del fondo cósmico de microondas (CMB)) a otra cantidad que es no es directamente observable, pero es más conveniente para los cálculos (como las coordenadas comovidasdel cuásar, galaxia, etc.). Todas las medidas de distancia discutidas aquí se reducen a la noción común de distancia euclidiana con bajo corrimiento al rojo.

De acuerdo con nuestra comprensión actual de la cosmología, estas medidas se calculan dentro del contexto de la relatividad general , donde se utiliza la solución de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker para describir el universo.

Hay algunas definiciones diferentes de "distancia" en cosmología que son asintóticas entre sí para pequeños desplazamientos al rojo . Las expresiones para estas distancias son más prácticas cuando se escriben como funciones de desplazamiento al rojo , ya que el desplazamiento al rojo es siempre el observable. También se pueden escribir como funciones del factor de escala.${\displaystyle z}$ ${\displaystyle a=1/(1+z).}$

En realidad, hay dos nociones de desplazamiento al rojo. Uno es el corrimiento al rojo que se observaría si tanto la Tierra como el objeto no se estuvieran moviendo con respecto a los alrededores "comovientos" (el flujo de Hubble ), digamos definido por el fondo cósmico de microondas. El otro es el corrimiento al rojo real medido, que depende tanto de la velocidad peculiar del objeto observado como de nuestra propia velocidad peculiar. Dado que el sistema solar se mueve a unos 370 km / s en una dirección entre Leo y el cráter , esto disminuye para los objetos distantes en esa dirección en un factor de aproximadamente 1,0012 y aumenta en el mismo factor para los objetos distantes en la dirección opuesta. (La velocidad del movimiento de la tierra alrededor del sol es de solo 30 km / s).${\displaystyle 1+z}$

Primero damos fórmulas para varias medidas de distancia y luego las describimos con más detalle más abajo. Definir la "distancia de Hubble" como

donde es la velocidad de la luz , es el parámetro de Hubble hoy, y h es la constante adimensional de Hubble , todas las distancias son asintóticas a para z pequeño .${\displaystyle c}$${\displaystyle H_{0}}$${\displaystyle z\cdot d_{H}}$

Una comparación de las medidas de distancia cosmológica, desde el desplazamiento al rojo de cero al desplazamiento al rojo de 0,5. La cosmología de fondo es el parámetro de Hubble 72 km / s / Mpc,,, y elegido de modo que la suma de los parámetros Omega sea 1. Edwin Hubble utilizó galaxias hasta un corrimiento al rojo de un poco más de 0,003 ( Messier 60 ).${\displaystyle \Omega _{\Lambda }=0.732}$${\displaystyle \Omega _{\rm {matter}}=0.266}$${\displaystyle \Omega _{\rm {radiation}}=0.266/3454}$${\displaystyle \Omega _{k}}$

Una comparación de las medidas de distancia cosmológica, desde el corrimiento al rojo de cero al corrimiento al rojo de 10,000, correspondiente a la época de igualdad materia / radiación. La cosmología de fondo es el parámetro de Hubble 72 kilometros / s / Mpc, , , , y elige de manera que la suma de los parámetros Omega es uno.${\displaystyle \Omega _{\Lambda }=0.732}$${\displaystyle \Omega _{\rm {matter}}=0.266}$${\displaystyle \Omega _{\rm {radiation}}=0.266/3454}$${\displaystyle \Omega _{k}}$