Prueba de brillo superficial de Tolman - Tolman surface brightness test
La prueba de brillo de superficie de Tolman es una de las seis pruebas cosmológicas que fueron concebidas en la década de 1930 para comprobar la viabilidad y comparar nuevos modelos cosmológicos . La prueba de Tolman compara el brillo de la superficie de las galaxias en función de su desplazamiento al rojo (medido como z ). Tal comparación fue propuesta por primera vez en 1930 por Richard C. Tolman como una prueba de si el universo está en expansión o estático .
En un universo simple (estático y plano), la luz recibida de un objeto cae proporcionalmente al cuadrado de su distancia y el área aparente del objeto también cae proporcionalmente al cuadrado de la distancia, por lo que el brillo de la superficie (luz recibida por superficie área) sería constante, independiente de la distancia. En un universo en expansión, sin embargo, hay dos efectos que cambian esta relación. Primero, la velocidad a la que se reciben los fotones se reduce porque cada fotón tiene que viajar un poco más lejos que el anterior. En segundo lugar, la energía de cada fotón observado se reduce por el corrimiento al rojo. Al mismo tiempo, los objetos distantes parecen más grandes de lo que realmente son porque los fotones observados se emitieron en un momento en que el objeto estaba más cerca. Sumando estos efectos, el brillo de la superficie en un universo en expansión simple (geometría plana y expansión uniforme en el rango de corrimientos al rojo observados) debería disminuir con la cuarta potencia de 1+ z .
Hasta la fecha, la mejor investigación de la relación entre el brillo de la superficie y el corrimiento al rojo se llevó a cabo utilizando el telescopio Keck de 10 m para medir los corrimientos al rojo de casi mil galaxias y el telescopio espacial Hubble de 2,4 m para medir el brillo de la superficie de esas galaxias. El exponente encontrado no es 4 como se esperaba en el modelo de expansión más simple, sino 2.6 o 3.4, dependiendo de la banda de frecuencia. Los autores resumen:
"Demostramos que este es precisamente el rango esperado de los modelos evolutivos de Bruzual y Charlot. Concluimos que la prueba de brillo de superficie de Tolman es consistente con la realidad de la expansión".