Ok, o să încerc să scriu un răspuns un pic mai detaliat ca să clarific un pic lucrurile astea.
Mai întâi hai să vedem cum se măsoară distanţele până la obiectele relativ apropiate (de exemplu, până la galaxiile apropiate de noi). Astea nu sunt quasari şi lucrurile nu se fac la fel în cazul lor, dar e un lucru relevant.
Metoda cea mai cunoscută pentru asta este aceea de a corela observaţiile asupra unor stele pentru care parametrii luminoşi sunt, într-un fel sau altul, corelaţi cu anumiţi parametri ai lor. De exemplu, stelele variabile de tipul RR Lyrae au luminozitatea reală corelată cu perioada de pulsaţie. Măsurând perioada de pulsaţie, putem obtine luminozitatea reală, iar apoi măsurând luminozitatea aparentă, putem obtine distanţa deoarece variaţia luminozităţii aparente este invers pătratică (la fel ca gravitaţia de exemplu -- v. ce zice Wikipedia
aici. Metode similare se pot aplica şi pentru alte tipuri de stele (e.g. pentru Cefeide, care pot fi văzute chiar în galaxii destul de îndepărtate). Mai sunt şi alte metode (unele se pot aplica direct pentru galaxii întregi, de exemplu prin relaţia Tully-Fisher, care leagă viteza de rotaţie a unei galaxii în spirală de luminozitatea ei).
În orice caz, pe scurt: putem măsura
relativ uşor distanţa până la corpuri aflate destul de departe, prin metode care în principiu
nu sunt foarte mult afectate de expansiunea spaţiului. Altfel spus, putem avea nu numai o idee destul de bună despre legea lui Hubble, dar putem avea şi o idee destul de bună despre cum a evoluat în timp constanta lui Hubble (care e constantă în sensul că pare a avea aceeaşi valoare pentru tot spaţiul
la un moment dat, nu că nu s-a modificat în timp).
Acum, cunoaştem faptul că deplasarea spre roşu a spectrului unui obiect apare, în principiu, din două motive: primul, pentru că obiectul se mişcă (prin spaţiu) departe de noi, ceea ce se cheamă mişcare proprie. Al doilea, pentru că spaţiul în sine se extinde. Dacă obiectul până la care vrem sa măsurăm distanţa este foarte departe, e o presupunere rezonabilă faptul că cea mai mare parte a deplasării spre roşu nu se datorează mişcării proprii -- nu pentru că n-ar fi deloc, ci pentru că e pur şi simplu neglijabilă în raport cu efectul datorat extinderii spaţiului. Prin urmare, dacă putem măsura deplasarea spre roşu, folosindu-ne de cunoaşterea (destul de bună!) despre constanta lui Hubble pe care o avem, putem estima distanţa. Deplasarea spre roşu o putem estima destul de bine pe baza măsurărilor spectroscopice.
Pe lângă asta, mai există o metodă interesantă de măsurare a distanţelor până la obiecte foarte îndepărtate (inclusiv quasari) -- e vorba de lentilele gravitaţionale. Procesul e relativ complicat şi n-o să intru în detaliu dacă nu frige -- în principiu, e vorba de faptul că, atunci când vedem quasarul printr-o lentilă gravitaţională, imaginea lui "apare" în mai multe locuri, iar lumina are de parcurs distanţe diferite în fiecare dintre cazuri; măsurând diferenţa în timp între apariţia unei variaţii similare la ambele imagini, putem estima cât de mare este diferenţa de lungime a drumurilor făcute de lumină pentru fiecare din cele două "imagini", iar această diferenţă se poate corela cu distanţa până la quasar printr-o serie de calcule trigonometrice nu foarte complicate. Un exemplu în acest sens e
aici.
Ce e important de reţinut e că la distanţele astea deja măsurătorile sunt de foarte proastă calitate -- deja e un lanţ de cel puţin două sau trei măsurători indirecte, deci incertitudinea probabil e undeva la 15-20%, dacă nu mai mult. De asemenea, mai sunt şi alte probleme cu privire la comportamentul quasarilor (de exemplu, deplasarea lor spre roşu pare a avea valori discrete). Dar per ansamblu sunt relativ de încredere.
O să încerc sa răspund la #2 şi #3 -- #1 merită un post diferit în sine şi n-are rost să-l lungesc pe-ăsta.
2. De unde stim ca fotonul a plecat acum 13 miliarde de ani? Cum se estimeaza acest timp? Doar pe baza deplasarii spre rosu? Si daca da, cum anume (deplasarea spre rosu insasi cum este claculata? de unde se stie cum era fotonul la "momentul 0")? Daca se poate explica relativ simplu, desigur, fara sfortari de natura matematica...
Popriu-zis nu ştim
când a plecat fotonul (deşi desigur, putem infera pe baza distanţei, după ce o măsurăm). Cum e calculată deplasarea spre roşu e o problemă un pic mai complicată
.
Pentru stele, ea se poate calcula de exemplu printr-o metodă spectroscopică. Mă uit la stea şi îi observ sau îi calculez anumiţi parametri (diametru, masă ş.a.m.d -- şi ăsta e un proces foarte complicat, dar pentru moment suficient să ştim că se poate). Pe baza lor se poate estima, de exemplu, compoziţia stelei (e.g. conţinutul de metale) şi se poate face construi cu relativă precizie măcar o schiţă a spectrului de emisie, sau se poate estima cu relativă precizie locul stelei în diagrama Hertzsprung-Russell (şi temperatura suprafeţei ei).
Acuma, iau măsurători spectroscopice şi obţin un spectru care seamănă oarecum cu ce mă aşteptam să găsesc (de exemplu obţin un spectru caracteristic pentru hidrogen şi heliu), dar dacă îl pun "peste" spectrul meu, el se vede imediat decalat. Diferenţa dintre cele două spectre furnizează chiar deplasarea spre roşu. Sau, dacă cunosc temperatura la suprafaţă stelei (deci locul ei în diagrama HS), ştiu unde ar trebui să fie emisia ei predominanta în spectrul electromagnetic, şi îmi pot da seama cât de deplasat este ceea ce obţin eu aici faţă de origine.
Din păcate nu ştiu sa-ţi spun exact cum se face asta pentru quasari. Ştiu că e vorba în principiu de metode spectrografice dar nu ştiu detalii concrete.
3. Expansiunea universului, asa cum se presupune ca a avut ea loc in cele 13 miliarde de ani de care vorbim, cum se estimeaza
Ha, tot prin deplasarea spre roşu
. Dar aici e un pic mai scârbos -- ceea ce avem este o corelare între distanţa până la obiecte şi deplasarea lor spre roşu, dar tocmai discutam mai sus despre cum se măsoară distanţele pe baza deplasării spre roşu. Procesul e invers de data asta -- măsor distanţa printr-o metodă independentă de deplasarea spre roşu (e.g. determinări pe baza parametrilor stelelor variabile) şi separat determin deplasarea spre roşu.
Ceea ce obţin este o imagine în care, cu cât un obiect este mai îndepărtat, cu atât are o deplasare spre roşu mai pregnanta. E vorba de
legea lui Hubble, dar pentru quasari mai intra în calcul şi
inflaţia despre care nu ştiu să-ţi dau detalii concrete cum se măsoară. Ştiu că sunt măsurători făcute de WMAP dar nu cunosc lucrurile decât la nivel de principiu, n-am văzut niciodată calcule concrete făcute cu ele deci prefer să zic că nu ştiu decât să te încurc şi pe tine.
Este expansiunea, atat cat e ea inteleasa in prezent, un fenomen uniform la scara intregului Univers ori se face simtita mai degraba doar in anumite regiuni ale acestuia? Ma intreb de fapt daca ipoteticul foton de care vorbesc sufera deplasare spre rosu in mod uniform pe parcursul intregii calatorii spre noi ori lucrurile functioneaza altfel?
La scară cosmică se face simţită în toate regiunile spaţiului care nu sunt puternic afectate de gravitaţie (deci, de exemplu la spaţiul dintre galaxii dar nu în interiorul galaxiei). Vestea bună e că universul e mai mult gol decât plin, deci efectele neuniformităţilor ăstora se pot neglija fără nicio jenă. Vestea proastă e că magnitudinea acestei variaţii nu a fost constantă în timp.
Sper că am fost cât de cât inteligibil, la ora asta după o săptămână de muncă nu ştiu cât îmi mai ies explicaţiile
.
Edit: totuşi ca o concluzie -- deplasarea spre roşu nu e neapărat singura metodă prin care calculăm distanţe,
dar deplasarea spre roşu şi distanţele sunt corelate. Dacă o măsurăm pe una, pentru obiecte foarte îndepărtate o putem afla şi pe cealaltă.
