Distancia comóvil para niños

En el estudio del universo, la distancia comóvil es una forma especial de medir qué tan lejos están dos objetos, como galaxias, sin que la expansión del universo afecte esa medida. Imagina que el universo es como un pan de pasas que se está horneando y se expande. Si las pasas se alejan unas de otras a medida que el pan crece, la distancia "propia" entre ellas aumenta. Pero la distancia "comóvil" sería como si pudieras medir la distancia entre las pasas en el pan antes de que empezara a crecer, y esa medida se mantuviera igual, sin importar cuánto se expanda el pan.

La distancia comóvil y la distancia propia son dos maneras de entender las distancias en el cosmos. La distancia propia es la distancia real que medirías en un momento específico, y esta distancia cambia con el tiempo porque el universo se expande. En cambio, la distancia comóvil es una distancia que no cambia debido a la expansión del espacio. Ambas distancias son iguales en el momento actual. La expansión del universo hace que la distancia propia cambie, pero la distancia comóvil se mantiene constante porque se ajusta con un "factor de escala" que compensa la expansión.

Coordenadas Comóviles: ¿Cómo Medimos el Universo en Expansión?

La evolución del universo y sus horizontes en distancias comóviles. El eje x es la distancia, en miles de millones de años luz; el eje y de la izquierda es el tiempo, en miles de millones de años desde el Big Bang; el eje y de la derecha es el factor de escala. Este modelo del universo incluye energía oscura que causa una expansión acelerada después de un cierto punto en el tiempo y da como resultado un horizonte de eventos más allá del cual nunca podemos ver.

En la física, a veces elegimos sistemas de coordenadas (como un mapa con ejes X e Y) que nos facilitan entender las cosas. Las coordenadas comóviles son un ejemplo de esto en la cosmología. Asignan valores fijos en el espacio a los observadores que ven el universo de manera uniforme en todas las direcciones (a esto se le llama isotropía). A estos observadores se les llama "observadores comóviles" porque se mueven junto con la expansión general del universo, conocida como el flujo de Hubble.

Un observador comóvil es el único que vería el universo, incluyendo la radiación cósmica de fondo de microondas (un eco del Big Bang), de forma uniforme en todas las direcciones. Otros observadores verían algunas partes del cielo con colores ligeramente diferentes (más azules o más rojos). Por eso, la uniformidad de esta radiación de fondo nos ayuda a definir un punto de referencia especial llamado marco comóvil. La velocidad de un objeto en relación con este marco comóvil se llama su velocidad peculiar.

La mayoría de los grandes grupos de materia, como las galaxias, se mueven casi de forma comóvil, lo que significa que sus velocidades peculiares (debido a la atracción de la gravedad) son muy pequeñas.

Las coordenadas de movimiento separan la expansión exactamente proporcional en un universo de Friedmann en coordenadas de movimiento espacial del factor de escala a(t) . Este ejemplo es para el modelo ΛCDM.

¿Qué es el Tiempo Comóvil?

El tiempo comóvil es el tiempo que ha pasado desde el Big Bang según el reloj de un observador comóvil. Es una forma de medir el tiempo cosmológico. Las coordenadas espaciales comóviles nos dicen dónde ocurre un evento, y el tiempo cosmológico nos dice cuándo ocurre. Juntos, forman un sistema completo para ubicar eventos en el espacio y el tiempo.

El espacio en coordenadas comóviles se considera "estático" porque la mayoría de los objetos grandes, como las galaxias, se mueven aproximadamente de forma comóvil. Esto significa que sus coordenadas comóviles no cambian. Así, aunque la distancia propia entre dos galaxias se hace más grande con el tiempo debido a la expansión, la distancia comóvil entre ellas se mantiene constante.

El universo en expansión tiene un "factor de escala" que crece con el tiempo. Este factor nos ayuda a entender cómo las distancias comóviles (que son fijas) se relacionan con las distancias propias (que aumentan con el tiempo).

Distancia Comóvil y Distancia Propia: Una Mirada Más Cercana

La distancia comóvil es la distancia entre dos puntos medida en el momento actual del universo. Para objetos que se mueven con la expansión del universo, esta distancia se considera constante. La distancia comóvil desde un observador hasta un objeto lejano (como una galaxia) se puede calcular con una fórmula especial:

En esta fórmula, `a(t')` es el factor de escala (que describe cuánto se ha expandido el universo en un momento dado), `t_e` es el tiempo en que la luz salió del objeto, `t` es el tiempo actual, y `c` es la velocidad de la luz. Aunque parezca complicada, esta fórmula nos da la distancia correcta que mediríamos si pudiéramos estirar una cinta métrica a través del universo en un momento fijo.

¿Cómo se Usa la Distancia Propia?

La evolución del universo y sus horizontes en distancias propias. El eje x es la distancia, en miles de millones de años luz; el eje y de la izquierda es el tiempo, en miles de millones de años desde el Big Bang; el eje y de la derecha es el factor de escala. Este es el mismo modelo que en la figura anterior, con energía oscura y un horizonte de eventos.

El tiempo cosmológico es el mismo que el tiempo que mediría un observador que está fijo en una posición comóvil. La distancia propia también es igual a la distancia que se mediría localmente para objetos cercanos. Para medir la distancia propia entre dos objetos muy lejanos, podemos imaginar una cadena de muchos observadores comóviles entre ellos. Cada observador mide la distancia a su vecino más cercano, y la suma de todas esas pequeñas distancias sería la distancia propia total.

Es importante recordar que, para estas definiciones de distancia en cosmología, todos los observadores deben tener la misma "edad cosmológica" (es decir, el mismo tiempo transcurrido desde el Big Bang). Las distancias comóviles y propias no son lo mismo que las distancias en la relatividad especial.

Si dividimos el cambio en la distancia propia por el tiempo que tardó ese cambio, podríamos obtener "velocidades" para galaxias o cuásares que parecen ser mayores que la velocidad de la luz. Esto no significa que los objetos se estén moviendo *a través del espacio* más rápido que la luz, sino que el *espacio mismo* se está expandiendo. Esto no contradice las leyes de la física.

Distancias Cortas vs. Largas Distancias

Cuando hablamos de distancias pequeñas o viajes cortos, la expansión del universo no es tan importante. Por ejemplo, si viajas entre dos ciudades, la expansión del universo no afectará tu viaje. Esto se debe a que el tiempo de viaje para una partícula que no se mueve a velocidades cercanas a la luz es simplemente la distancia propia entre los puntos dividida por la velocidad de la partícula. Sin embargo, para distancias muy grandes, como las que hay entre galaxias lejanas, la expansión del universo se vuelve crucial para entender las medidas de distancia.

Galería de imágenes

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  La evolución del universo y sus horizontes en distancias comóviles.

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  Las coordenadas de movimiento separan la expansión exactamente proporcional en un universo de Friedmann en coordenadas de movimiento espacial del factor de escala a(t) . Este ejemplo es para el modelo ΛCDM.

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  La evolución del universo y sus horizontes en distancias propias.

Véase también

En inglés: Comoving and proper distances Facts for Kids