Novērojamais Visums — definīcija, izmēri (gaismas gados) un vecums

Atklāj novērojamo Visumu: definīcija, izmēri gaismas gados, komovācijas attālumi un Visuma vecums — izmēri līdz ~46–47 miljardām gaismas gadu.

Lielā sprādziena kosmoloģijā novērojamais Visums teorētiski ir tas, ko var redzēt no Zemes. Tā ir gaisma vai citi signāli, kas kopš kosmoloģiskās izplešanās sākuma ir paspējuši sasniegt Zemi. Novērojamais Visums ir sfērisks apjoms (bumba), kura centrā ir novērotājs, neatkarīgi no Visuma formas kopumā. Katrai vietai Visumā ir savs novērojamais Visums, kas var pārklāties vai nepārklāties ar to, kura centrā ir Zeme.

Vārds "novērojams" nav atkarīgs no tā, vai modernās tehnoloģijas patiešām ļauj noteikt starojumu no objekta šajā reģionā. Tas vienkārši nozīmē, ka principā ir iespējams, ka gaisma vai citi signāli no objekta var sasniegt novērotāju uz Zemes. Praksē mēs daudz ko nevaram saskatīt. Mēs varam redzēt gaismu tikai tik senā pagātnē, kad daļiņas pirmo reizi spēja izstarot fotonus, kurus citas daļiņas ātri neabsorbēja atpakaļ. Pirms tam Visumu piepildīja plazma, kas fotoniem bija necaurredzama.

Dažkārt astrofiziķi izšķir redzamo Visumu, kas ietver tikai signālus, kas emitēti kopš rekombinācijas, un novērojamo Visumu, kas ietver signālus kopš kosmoloģiskās izplešanās sākuma (tas ir, inflācijas laikmeta beigām mūsdienu kosmoloģijā). Redzamā Visuma rādiuss ir aptuveni 14,0 miljardi parseku (aptuveni 45,7 miljardu gaismas gadu), savukārt komovācijas attālums līdz novērojamā Visuma malai ir aptuveni 14,3 miljardi parseku (aptuveni 46,6 miljardu gaismas gadu), kas ir par aptuveni 2 % lielāks.

Visuma vecums 2013. gadā tiek lēsts 13,798 ± 0,037 miljardi gadu. Visuma izplešanās dēļ cilvēki novēro objektus, kas sākotnēji bija daudz tuvāk, bet tagad atrodas ievērojami tālāk (kā noteikts kosmoloģiskā pareizā attāluma izteiksmē, kas ir vienāds ar komovācijas attālumu pašreizējā laikā) nekā statiskais 13,8 miljardu gaismas gadu attālums. Novērojamā Visuma diametrs tiek lēsts aptuveni 28 miljardi parseku (93 miljardi gaismas gadu), kas nozīmē, ka novērojamā Visuma robeža atrodas aptuveni 46-47 miljardu gaismas gadu attālumā.

Papildus skaidrojums un būtiskākie jēdzieni

Novērojamais Visums ir tas, ko var sasniegt informācija (piem., fotoni, gravitācijas viļņi) kopš laika, kad Visums kļuva caurredzams fotoniem. Tas nenozīmē, ka tie visa Visuma apgabali ir atrodami tieši 13,8 miljardu gaismas gadu attālumā — izplešanās nozīmē, ka objekti, kuru gaisma izstaroja pirms 13,8 miljardiem gadu, šobrīd var atrasties daudz tālāk.

• Rekombinācija un pēdējā izkliedes virsma (surface of last scattering): apmēram 380 000 gadus pēc Lielā sprādziena elektroni un joni apvienojās, radot neitrālas atomu gāzes, kas ļāva fotoniem brīvi ceļot — šo starojumu mēs mūsdienās novērojam kā kosmisko mikroviļņu fonu.
• Komovācijas attālums: attālums starp diviem punktiem, kas izteikts koordinātēs, kur izplešanās netiek ņemta vērā; komovācijas attālums starp galaktikām paliek nemainīgs, ja tās kustas kopā ar izplešanos. Tāpēc bieži runā par komovācijas rādiusu ~46,5 miljardu gaismas gadu, kas atbilst novērojamā Visuma "mūsdienu" izmēram.
• Gaismas ceļojuma laiks: tas, cik ilgi gaisma ceļoja līdz novērotājam. Šis laiks nav vienāds ar attālumu, kādā pašreiz atrodas objekts — izplešanās maina šo attālumu.
• Daudz plašāks vai bezgalīgs Visums: novērojami mēs redzam tikai daļu no visa, kas pastāv. Kosmoloģiskie modeļi (īpaši ar inflāciju) liecina, ka Visums, visticamāk, ir daudz lielāks par novērojamo daļu un var būt pat bezgalīgs.
• Notikuma (event) horizonts: ar tumšo enerģiju saistītā izplešanās nozīmē, ka daži objekti, lai gan redzami tagad, nākotnē var kļūt neatpazīstami — no mums tos vairs nebūs iespējams sasniegt signāliem.

Galvenie skaitļi vienkāršā formā

• Visuma vecums: apmēram 13,8 miljardu gadu (līdzīgs novērtējums kā minēts augstāk).
• Novērojamā Visuma rādiuss (komovācijas): aptuveni 46–46,6 miljardu gaismas gadu (≈14,3 miljardu parseku).
• Novērojamā Visuma diametrs: aptuveni 92–93 miljardu gaismas gadu (≈28 miljardu parseku).
• Redzamā Visuma rādiuss (no rekombinācijas): nedaudz mazāks — apmēram 45–46 miljardu gaismas gadu.

Kāpēc rodas bieža neskaidrība par "attālumu" un "vecumu"?

Mēs redzam objektus tādus, kādi tie bija pagātnē, nevis tādus, kādi tie ir tagad. Tāpēc teikums "zvaigzne atrodas 13,8 miljardu gaismas gadu attālumā" var būt maldinošs — tas var nozīmēt gan gaismas ceļojuma laiku, gan pašreizējo attālumu, kas atkarīgs no definīcijas. Kosmoloģijā svarīgi rūpīgi atšķirt proper (pašreizējais vai pareizais) attālums, komovācijas attālumu un gaismas ceļojuma laiku.

Secinājums

Novērojamais Visums ir liela, bet ierobežota daļa no visa kosmosa — tas ir tas, ko var sasniegt informācija kopš Visuma agrīnajiem periodiem. Lai gan mēs varam precīzi novērtēt novērojamā Visuma izmērus un Visuma vecumu ar mūsdienu kosmoloģiskajām metodēm, patiesais Visuma mērogs, forma un tā tālākā evolūcija visos aspektos joprojām ir aktīvu pētījumu temats.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir Lielā sprādziena kosmoloģija?

J: Kas ir novērojamais Visums?

Jautājums: Cik tālu atpakaļ mēs varam redzēt gaismu?

J: Kāda ir atšķirība starp redzamo un novērojamo visumu?

J: Cik liels ir redzamā Visuma rādiuss?

J: Cik vecs ir aptuvenais Visuma vecums?

Meklēt pēc burta