stringtranslate.com

Наблюдаемая вселенная

Наблюдаемая вселенная — это сферическая область вселенной , состоящая из всей материи , которую можно наблюдать с Земли или ее космических телескопов и исследовательских зондов в настоящее время; электромагнитное излучение от этих объектов успело достичь Солнечной системы и Земли с начала космологического расширения . Первоначально предполагалось, что в наблюдаемой вселенной может быть 2 триллиона галактик . [7] [8] Это число было уменьшено в 2021 году до нескольких сотен миллиардов на основе данных New Horizons . [9] [10] [11] Если предположить, что вселенная изотропна , расстояние до края наблюдаемой вселенной примерно одинаково во всех направлениях. То есть наблюдаемая вселенная — это сферическая область с центром на наблюдателе. Каждое место во вселенной имеет свою собственную наблюдаемую вселенную, которая может перекрываться или не перекрываться с той, которая находится в центре на Земле.

Слово наблюдаемый в этом смысле не относится к способности современных технологий обнаруживать свет или другую информацию от объекта, или к тому, есть ли что-то, что можно обнаружить. Оно относится к физическому пределу, созданному самой скоростью света . Никакой сигнал не может распространяться быстрее света, поэтому существует максимальное расстояние, называемое горизонтом частиц , за пределами которого ничего нельзя обнаружить, поскольку сигналы еще не могли достичь нас. Иногда астрофизики различают наблюдаемую вселенную и видимую вселенную. Первая включает сигналы с конца инфляционной эпохи , тогда как вторая включает только сигналы, испущенные с момента рекомбинации . [примечание 2]

Согласно расчетам, текущее сопутствующее расстояние до частиц, из которых было испущено космическое микроволновое фоновое излучение (CMBR), которое представляет радиус видимой Вселенной, составляет около 14,0 миллиардов парсеков (около 45,7 миллиардов световых лет). Сопутствующее расстояние до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14,3 миллиардов парсеков (около 46,6 миллиардов световых лет), [12] примерно на 2% больше. Таким образом, радиус наблюдаемой Вселенной оценивается примерно в 46,5 миллиардов световых лет. [13] [14] Используя критическую плотность и диаметр наблюдаемой Вселенной, можно рассчитать общую массу обычной материи во Вселенной, которая составит около1,5 × 10 53  кг . [15] В ноябре 2018 года астрономы сообщили, что внегалактический фоновый свет (ВФС) составил4 × 10 84 фотонов. [16] [17]

Поскольку расширение Вселенной ускоряется, все наблюдаемые в настоящее время объекты за пределами местного сверхскопления в конечном итоге будут казаться застывшими во времени, излучая все более красный и слабый свет. Например, объекты с текущим красным смещением z от 5 до 10 будут наблюдаться только до возраста 4–6 миллиардов лет. Кроме того, свет, излучаемый объектами, которые в настоящее время находятся за пределами определенного сопутствующего расстояния (в настоящее время около 19 миллиардов парсеков), никогда не достигнет Земли. [18]

Обзор

Наблюдаемая Вселенная как функция времени и расстояния в контексте расширяющейся Вселенной

Размеры Вселенной неизвестны, и она может быть бесконечной по протяженности. [19] Некоторые части Вселенной слишком далеки, чтобы свет, испущенный после Большого взрыва , имел достаточно времени, чтобы достичь Земли или космических приборов, и, следовательно, лежат за пределами наблюдаемой Вселенной. В будущем свет от далеких галактик будет иметь больше времени для путешествия, поэтому можно ожидать, что дополнительные регионы станут наблюдаемыми. Регионы, удаленные от наблюдателей (таких как мы), расширяются быстрее скорости света, со скоростью, оцененной законом Хаббла . [примечание 3] Скорость расширения, по-видимому, ускоряется , что было предложено объяснить темной энергией .

Предполагая, что темная энергия остается постоянной (неизменная космологическая постоянная ), так что скорость расширения Вселенной продолжает ускоряться, существует «будущий предел видимости», за пределами которого объекты никогда не войдут в наблюдаемую Вселенную в любое время в будущем, потому что свет, излучаемый объектами за пределами этого предела, никогда не сможет достичь Земли. Обратите внимание, что, поскольку параметр Хаббла уменьшается со временем, могут быть случаи, когда галактика, удаляющаяся от Земли лишь немного быстрее, чем свет, излучает сигнал, который в конечном итоге достигает Земли. [14] [20] Этот будущий предел видимости рассчитывается на сопутствующем расстоянии в 19 миллиардов парсеков (62 миллиарда световых лет), предполагая, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, что подразумевает, что число галактик, которые когда-либо могут быть теоретически обнаружены в бесконечном будущем, всего лишь в 2,36 раза больше числа, наблюдаемого в настоящее время (без учета эффектов красного смещения). [примечание 4]

В принципе, в будущем станет возможным наблюдение большего количества галактик; на практике все большее количество галактик будет чрезвычайно смещено в красную область из-за продолжающегося расширения, настолько, что они будут казаться исчезающими из виду и невидимыми. [21] [22] [23] Галактика на заданном сопутствующем расстоянии определяется как находящаяся в пределах «наблюдаемой Вселенной», если мы можем принимать сигналы, испускаемые галактикой в ​​любой возрастной группе ее истории, скажем, сигнал, отправленный галактикой всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Из-за расширения Вселенной может быть некоторый более поздний возраст, в котором сигнал, отправленный той же галактикой, никогда не сможет достичь Земли в любой точке бесконечного будущего, так что, например, мы никогда не увидим, как выглядела галактика через 10 миллиардов лет после Большого взрыва, [24] даже если она остается на том же сопутствующем расстоянии, меньшем, чем расстояние наблюдаемой Вселенной.

Это можно использовать для определения типа космического горизонта событий , расстояние от которого до Земли меняется со временем. Например, текущее расстояние до этого горизонта составляет около 16 миллиардов световых лет, что означает, что сигнал от события, происходящего в настоящее время, может в конечном итоге достичь Земли, если событие находится на расстоянии менее 16 миллиардов световых лет, но сигнал никогда не достигнет Земли, если событие находится дальше. [14]

Пространство перед этим космическим горизонтом событий можно назвать «достижимой вселенной», то есть все галактики, которые находятся ближе, чем те, до которых можно было бы добраться, если бы мы отправились к ним сегодня, со скоростью света; все галактики за пределами этого — недостижимы. [25] [26] Простое наблюдение покажет, что будущий предел видимости (62 миллиарда световых лет) в точности равен достижимому пределу (16 миллиардов световых лет), добавленному к текущему пределу видимости (46 миллиардов световых лет). [27] [12]

Достижимая Вселенная как функция времени и расстояния в контексте расширяющейся Вселенной.

«Вселенная» против «наблюдаемой Вселенной»

Как популярные, так и профессиональные исследовательские статьи по космологии часто используют термин «вселенная» для обозначения «наблюдаемой вселенной». [ требуется цитата ] Это может быть оправдано на том основании, что мы никогда не сможем узнать что-либо путем прямого наблюдения о любой части вселенной, которая причинно не связана с Землей, хотя многие заслуживающие доверия теории требуют, чтобы общая вселенная была намного больше наблюдаемой вселенной. [ требуется цитата ] Не существует никаких доказательств, позволяющих предположить, что граница наблюдаемой вселенной представляет собой границу вселенной в целом, и ни одна из основных космологических моделей не предполагает, что вселенная имеет какую-либо физическую границу изначально. Однако некоторые модели предполагают, что она может быть конечной, но неограниченной, [примечание 5] как многомерный аналог двумерной поверхности сферы, которая имеет конечную площадь, но не имеет края.

Вполне вероятно, что галактики в пределах наблюдаемой Вселенной представляют собой лишь ничтожную часть галактик во Вселенной. Согласно теории космической инфляции, первоначально предложенной Аланом Гутом и Д. Казанасом [28] , если предположить, что инфляция началась примерно через 10−37 секунд после Большого Взрыва и что размер Вселенной до инфляции был приблизительно равен скорости света, умноженной на ее возраст, это означало бы, что в настоящее время размер всей Вселенной составляет по крайней мере1,5 × 10 34 световых лет — по крайней мере3 × 10 23 раз больше радиуса наблюдаемой Вселенной. [29]

Если вселенная конечна, но не ограничена, возможно также, что вселенная меньше наблюдаемой вселенной. В этом случае то, что мы принимаем за очень далекие галактики, на самом деле может быть дубликатами изображений близлежащих галактик, сформированных светом, который обогнул вселенную. Эту гипотезу трудно проверить экспериментально, поскольку разные изображения галактики будут показывать разные эпохи в ее истории и, следовательно, могут выглядеть совершенно по-разному. Белевич и др. [30] утверждают, что установили нижнюю границу в 27,9 гигапарсека (91 миллиард световых лет) для диаметра последней поверхности рассеяния. Это значение основано на анализе кругов соответствия 7-летних данных WMAP . Этот подход был оспорен. [31]

Размер

Изображение Hubble Ultra-Deep Field области наблюдаемой Вселенной (эквивалентный размер области неба показан в нижнем левом углу), около созвездия Печь . Каждое пятно — это галактика , состоящая из миллиардов звезд. Свет от самых маленьких, наиболее смещенных в красную область галактик возник около 13,8 миллиардов лет назад.

Сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14,26 гигапарсеков ( 46,5 миллиардов световых лет или 4,40 × 10 26  м) в любом направлении. Таким образом, наблюдаемая Вселенная представляет собой сферу диаметром около 28,5 гигапарсеков [32] (93 миллиарда световых лет или 8,8 × 10 26  м). [33] Предполагая, что пространство приблизительно плоское (в смысле евклидова пространства ), этот размер соответствует сопутствующему объему около1,22 × 10 4  Гпк 3 (4,22 × 10 5  Гли 3 или3,57 × 10 80  м 3 ). [34]

Это расстояния сейчас (в космологическом времени ), а не расстояния во время испускания света. Например, космическое микроволновое фоновое излучение, которое мы видим прямо сейчас, было испущено во время расцепления фотонов , которое, по оценкам, произошло около380 000 лет после Большого взрыва, [35] [36], который произошел около 13,8 миллиардов лет назад. Это излучение было испущено материей, которая за прошедшее время в основном сконденсировалась в галактики, и эти галактики, как теперь подсчитано, находятся примерно в 46 миллиардах световых лет от Земли. [12] [14] Чтобы оценить расстояние до этой материи во время испускания света, мы можем сначала отметить, что согласно метрике Фридмана–Леметра–Робертсона–Уокера , которая используется для моделирования расширяющейся Вселенной, если мы получаем свет с красным смещением z , то масштабный коэффициент во время первоначального испускания света определяется как [37] [ 38]

.

Результаты девятилетнего эксперимента WMAP в сочетании с другими измерениями дают красное смещение фотонного расцепления как z  = 1 091 .64 ± 0.47 , [39] что подразумевает, что масштабный фактор во время разделения фотонов будет 1 ⁄ 1092.64 . Таким образом, если материя, которая изначально испустила самые старые фотоны РКФИ , имеет текущее расстояние в 46 миллиардов световых лет, то расстояние было бы всего около 42 миллионов световых лет во время разделения.

Расстояние распространения света до края наблюдаемой Вселенной равно возрасту Вселенной , умноженному на скорость света , 13,8 миллиарда световых лет. Это расстояние, которое фотон, испущенный вскоре после Большого взрыва, например, из реликтового излучения , прошел, чтобы достичь наблюдателей на Земле. Поскольку пространство-время искривлено, что соответствует расширению пространства , это расстояние не соответствует истинному расстоянию в любой момент времени. [40]

Материя и масса

Количество галактик и звезд

Наблюдаемая Вселенная содержит около 2 триллионов галактик [41] [42] [43] и, в целом, около 1024 звезд [ 44] [45] — больше звезд (и, потенциально, планет земного типа), чем всех песчинок на пляже на планете Земля . [46] [47] [48] Как упоминалось ранее, предполагаемое количество галактик было сокращено в 2021 году до нескольких сотен миллиардов на основе данных New Horizons . [9] [10] [11] Предполагаемое общее количество звезд в инфляционной Вселенной (наблюдаемых и ненаблюдаемых) составляет 10100. [ 49 ]

Содержание вещества — количество атомов

Предполагая, что масса обычного вещества составляет около1,45 × 10 53  кг , как обсуждалось выше, и предполагая, что все атомы являются атомами водорода (которые составляют около 74% всех атомов в Млечном Пути по массе), предполагаемое общее число атомов в наблюдаемой Вселенной получается путем деления массы обычного вещества на массу атома водорода. Результат составляет приблизительно 10 80 атомов водорода, также известное как число Эддингтона .

Масса обычного вещества

Масса наблюдаемой Вселенной часто указывается как 10 53  кг. [50] В этом контексте масса относится к обычной (барионной) материи и включает межзвездную среду (ISM) и межгалактическую среду (IGM). Однако она исключает темную материю и темную энергию . Это указанное значение для массы обычной материи во Вселенной может быть оценено на основе критической плотности. Расчеты относятся только к наблюдаемой Вселенной, поскольку объем целого неизвестен и может быть бесконечным.

Оценки, основанные на критической плотности

Критическая плотность — это плотность энергии, при которой Вселенная плоская. [51] Если темной энергии нет, то это также плотность , при которой расширение Вселенной находится между непрерывным расширением и коллапсом. [52] Из уравнений Фридмана значение критической плотности равно: [53]

где G — гравитационная постоянная , а H = H 0 — текущее значение постоянной Хаббла . Значение H 0 , полученное с помощью телескопа Планка Европейского космического агентства, равно H 0 = 67,15 километров в секунду на мегапарсек. Это дает критическую плотность0,85 × 10−26  кг/м 3 , или около 5 атомов водорода на кубический метр. Эта плотность включает четыре существенных типа энергии/массы: обычную материю (4,8%), нейтрино (0,1%), холодную темную материю (26,8%) и темную энергию (68,3%). [54]

Хотя нейтрино являются частицами Стандартной модели , они перечислены отдельно, поскольку они являются ультрарелятивистскими и, следовательно, ведут себя как излучение, а не как материя. Плотность обычной материи, измеренная Планком, составляет 4,8% от общей критической плотности или4,08 × 10−28  кг/м3 . Чтобы преобразовать эту плотность в массу, мы должны умножить ее на объем, значение, основанное на радиусе «наблюдаемой Вселенной». Поскольку Вселенная расширяется уже 13,8 миллиарда лет, сопутствующее расстояние (радиус) теперь составляет около 46,6 миллиарда световых лет. Таким образом, объем ( ⁠4/3⁠ πr 3 ) равно3,58 × 10 80  м 3 , а масса обычного вещества равна плотности (4,08 × 10 −28  кг/м 3 ) умножить на объем (3,58 × 10 80  м 3 ) или1,46 × 10 53  кг .

Крупномасштабная структура

Скопления галактик, такие как RXC J0142.9+4438, являются узлами космической паутины, пронизывающей всю Вселенную. [55]
Видео космологического моделирования локальной вселенной, показывающее крупномасштабную структуру скоплений галактик и темной материи [56]

Обзоры неба и картографирование различных диапазонов длин волн электромагнитного излучения (в частности, 21-см излучение ) дали много информации о содержании и характере структуры Вселенной . Организация структуры, по-видимому, следует иерархической модели с организацией вплоть до масштаба сверхскоплений и нитей . Больше этого (в масштабах от 30 до 200 мегапарсеков), [57] похоже , что нет никакой непрерывной структуры, явление, которое было названо Концом Величия . [58]

Стенки, нити, узлы и пустоты

Карта космической паутины, созданная с помощью алгоритма, вдохновленного слизевиками [59]

Организация структуры, возможно, начинается на звездном уровне, хотя большинство космологов редко обращаются к астрофизике в этом масштабе. Звезды организованы в галактики , которые в свою очередь образуют группы галактик , скопления галактик , сверхскопления , листы, стены и нити , которые разделены огромными пустотами , создавая огромную пенистую структуру [60], иногда называемую «космической паутиной». До 1989 года обычно предполагалось, что вириализованные скопления галактик являются крупнейшими существующими структурами и что они распределены более или менее равномерно по всей Вселенной во всех направлениях. Однако с начала 1980-х годов было обнаружено все больше и больше структур. В 1983 году Эдриан Вебстер идентифицировал LQG Вебстера , большую группу квазаров, состоящую из 5 квазаров. Это открытие стало первым выявлением крупномасштабной структуры и расширило информацию об известной группировке материи во Вселенной.

В 1987 году Роберт Брент Талли идентифицировал сверхскопление Рыб–Кита , галактическую нить, в которой находится Млечный Путь. Его поперечник составляет около 1 миллиарда световых лет. В том же году была обнаружена необычно большая область с гораздо более низким, чем в среднем, распределением галактик, Гигантская пустота , поперечник которой составляет 1,3 миллиарда световых лет. Основываясь на данных обзора красного смещения , в 1989 году Маргарет Геллер и Джон Хачра открыли « Великую стену » [61], слой галактик длиной более 500 миллионов световых лет и шириной 200 миллионов световых лет, но толщиной всего 15 миллионов световых лет. Существование этой структуры так долго оставалось незамеченным, потому что для этого требуется определение положения галактик в трех измерениях, что включает в себя объединение информации о местоположении галактик с информацией о расстоянии из красных смещений .

Два года спустя астрономы Роджер Г. Клоуз и Луис Э. Кампусано открыли LQG Клоуз-Кампусано , большую группу квазаров размером два миллиарда световых лет в самой широкой точке, которая была крупнейшей известной структурой во Вселенной на момент ее объявления. В апреле 2003 года была обнаружена еще одна крупномасштабная структура, Великая стена Слоуна . В августе 2007 года в созвездии Эридана была обнаружена возможная суперпустота . [62] Она совпадает с « холодным пятном реликтового излучения », холодной областью в микроволновом небе, которая крайне маловероятна в рамках нынешней предпочитаемой космологической модели. Эта суперпустота могла бы вызвать холодное пятно, но для этого она должна быть невероятно большой, возможно, миллиард световых лет в поперечнике, почти такой же большой, как упомянутая выше Гигантская пустота.

Нерешенная задача по физике :
Самые большие структуры во вселенной больше, чем ожидалось. Это реальные структуры или случайные флуктуации плотности?
(еще нерешенные проблемы по физике)
Смоделированное на компьютере изображение области космоса размером более 50 миллионов световых лет, демонстрирующее возможное крупномасштабное распределение источников света во Вселенной. Точный относительный вклад галактик и квазаров неясен.

Еще одной крупномасштабной структурой является протокластер SSA22 , совокупность галактик и огромных газовых пузырей, размер которой составляет около 200 миллионов световых лет в поперечнике.

В 2011 году была открыта большая группа квазаров, U1.11 , размером около 2,5 миллиардов световых лет в поперечнике. 11 января 2013 года была открыта еще одна большая группа квазаров, Huge-LQG , которая была измерена как четыре миллиарда световых лет в поперечнике, самая большая известная структура во Вселенной на тот момент. [63] В ноябре 2013 года астрономы обнаружили Великую стену Геркулеса–Северной Короны , [64] [65] еще большую структуру, в два раза больше предыдущей. Она была определена путем картирования гамма-всплесков . [64] [66]

В 2021 году Американское астрономическое общество объявило об обнаружении Гигантской дуги — цепочки галактик в форме полумесяца, протяженностью 3,3 миллиарда световых лет, расположенной на расстоянии 9,2 миллиарда световых лет от Земли в созвездии Волопаса по данным наблюдений, полученных в ходе цифрового обзора неба Слоуна . [67]

Конец величия

Конец величия — это масштаб наблюдений, обнаруженный примерно в 100  Мпк (примерно 300 миллионов световых лет), где неоднородность, наблюдаемая в крупномасштабной структуре Вселенной, гомогенизируется и изотропизируется в соответствии с космологическим принципом . [58] В этом масштабе псевдослучайная фрактальность не проявляется. [68]

Сверхскопления и нити, наблюдаемые в более мелких обзорах, рандомизированы до такой степени, что плавное распределение Вселенной становится визуально очевидным. Только после завершения обзоров красного смещения в 1990-х годах этот масштаб можно было точно наблюдать. [58]

Наблюдения

"Панорамный вид всего ближнего инфракрасного неба показывает распределение галактик за пределами Млечного Пути . Изображение получено из расширенного каталога источников 2MASS (XSC) — более 1,5 миллионов галактик, и каталога точечных источников (PSC) — почти 0,5 миллиарда звезд Млечного Пути. Галактики имеют цветовую кодировку по « красному смещению », полученному из обзоров UGC , CfA , Tully NBGC, LCRS, 2dF , 6dFGS и SDSS (и из различных наблюдений, собранных в базе данных NASA Extragalactic ), или фотометрически выведенному из диапазона K (2,2 мкм). Синим цветом обозначены ближайшие источники ( z < 0,01 ); зеленым — на умеренных расстояниях ( 0,01 < z < 0,04 ), а красным — самые далекие источники, которые разрешает 2MASS ( 0,04 < z < 0,1 ). Карта спроецирована с равновеликой площадью Аитоффа в Галактической системе (Млечный Путь в центре)». [69]
Созвездия, сгруппированные в галактические квадранты (N/S, 1–4) и их приблизительное деление по отношению к небесным квадрантам (NQ/SQ)

Другим индикатором крупномасштабной структуры является « лес Лайман-альфа ». Это набор линий поглощения , которые появляются в спектрах света от квазаров , которые интерпретируются как указание на существование огромных тонких слоев межгалактического (в основном водородного ) газа. Эти слои, по-видимому, коллапсируют в нити, которые могут питать галактики по мере их роста там, где нити либо пересекаются, либо являются плотными. Ранним прямым доказательством этой космической газовой паутины стало обнаружение в 2019 году астрономами из кластера RIKEN для пионерских исследований в Японии и Даремского университета в Великобритании света от самой яркой части этой паутины, окружающей и освещенной кластером формирующихся галактик, действующих как космические фонарики для межкластерной средней флуоресценции водорода через эмиссии Лайман-альфа. [70] [71]

В 2021 году международная группа под руководством Ролана Бэкона из Центра астрофизических исследований в Лионе (Франция) сообщила о первом наблюдении диффузного протяженного излучения Лайман-альфа от красного смещения 3,1 до 4,5, которое проследило несколько нитей космической паутины в масштабах 2,5–4 сМпк (сопутствующие мегапарсека) в нитевидных средах за пределами массивных структур, типичных для узлов паутины. [72]

Требуется некоторая осторожность при описании структур в космических масштабах, поскольку они часто отличаются от того, как они выглядят. Гравитационное линзирование может заставить изображение казаться возникшим в другом направлении от его реального источника, когда объекты переднего плана искривляют окружающее пространство-время (как предсказывает общая теория относительности ) и отклоняют проходящие световые лучи. Довольно полезно, что сильное гравитационное линзирование иногда может увеличивать далекие галактики, что облегчает их обнаружение. Слабое линзирование промежуточной вселенной в целом также тонко изменяет наблюдаемую крупномасштабную структуру.

Крупномасштабная структура Вселенной также выглядит иначе, если для измерения расстояний до галактик используется только красное смещение. Например, галактики за скоплением галактик притягиваются к нему и падают к нему, и поэтому смещаются в синюю сторону (по сравнению с тем, как бы они смещались, если бы скопления не было). На ближней стороне объекты смещаются в красную сторону. Таким образом, окружение скопления выглядит несколько сжатым, если для измерения расстояния использовать красные смещения. Противоположный эффект наблюдается для галактик, уже находящихся в скоплении: галактики совершают некоторое случайное движение вокруг центра скопления, и когда эти случайные движения преобразуются в красные смещения, скопление кажется вытянутым. Это создает « палец Бога » — иллюзию длинной цепочки галактик, направленной на Землю.

Космография космических окрестностей Земли

В центре сверхскопления Гидра–Центавр гравитационная аномалия, называемая Великим аттрактором, влияет на движение галактик в области размером в сотни миллионов световых лет. Все эти галактики смещены в красную область в соответствии с законом Хаббла . Это указывает на то, что они удаляются от нас и друг от друга, но вариации их красного смещения достаточны, чтобы выявить существование концентрации массы, эквивалентной десяткам тысяч галактик.

Великий Аттрактор, открытый в 1986 году, находится на расстоянии от 150 до 250 миллионов световых лет в направлении созвездий Гидры и Центавра . В его окрестностях преобладают крупные старые галактики, многие из которых сталкиваются со своими соседями или излучают большое количество радиоволн.

В 1987 году астроном Р. Брент Талли из Института астрономии Гавайского университета идентифицировал то, что он назвал комплексом сверхскоплений Рыб и Кита , — структуру длиной в миллиард световых лет и шириной в 150 миллионов световых лет, в которую, как он утверждал, встроено Местное сверхскопление. [73]

Самые далекие объекты

Самым далеким идентифицированным астрономическим объектом (по состоянию на август 2024 года) является галактика, классифицированная как JADES-GS-z14-0 . [74] В 2009 году было обнаружено, что гамма-всплеск , GRB 090423 , имел красное смещение 8,2, что указывает на то, что коллапсирующая звезда, вызвавшая его, взорвалась, когда Вселенной было всего 630 миллионов лет. [75] Всплеск произошел примерно 13 миллиардов лет назад, [76] поэтому в СМИ широко цитировалось расстояние около 13 миллиардов световых лет, а иногда и более точная цифра в 13,035 миллиардов световых лет. [75]

Это было бы «расстоянием распространения света» (см. Меры расстояний (космология) ), а не « правильным расстоянием », используемым как в законе Хаббла , так и в определении размера наблюдаемой Вселенной. Космолог Нед Райт выступает против использования этой меры. [77] Правильное расстояние для красного смещения 8,2 будет составлять около 9,2 Гпк [ 78] или около 30 миллиардов световых лет.

Горизонты

Предел наблюдаемости во Вселенной устанавливается космологическими горизонтами, которые ограничивают — на основе различных физических ограничений — степень, в которой может быть получена информация о различных событиях во Вселенной. Наиболее известным горизонтом является горизонт частиц , который устанавливает предел точного расстояния, которое можно увидеть из-за конечного возраста Вселенной . Дополнительные горизонты связаны с возможным будущим объемом наблюдений, большим, чем горизонт частиц из-за расширения пространства , «оптическим горизонтом» на поверхности последнего рассеяния и связанными горизонтами с поверхностью последнего рассеяния для нейтрино и гравитационных волн .

Расположение Земли во Вселенной
Схема расположения Земли в наблюдаемой Вселенной. ( Альтернативное изображение . )
Логарифмическая карта наблюдаемой Вселенной. Слева направо космические корабли и небесные тела расположены в соответствии с их близостью к Земле.

Галерея

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Умножьте процентное содержание обычной материи, полученное по данным Планка ниже, на общую плотность энергии, полученную по данным WMAP ниже.
  2. ^ Это произошло, когда из протонов и электронов образовались атомы водорода, и Вселенная стала прозрачной для электромагнитного излучения.
  3. ^ Специальная теория относительности не допускает, чтобы близкие объекты в одной и той же локальной области двигались быстрее скорости света относительно друг друга, но для удаленных объектов такого ограничения нет, когда пространство между ними расширяется; см. обсуждение в разделе « Использование надлежащего расстояния» .
  4. ^ Сопутствующее расстояние будущего предела видимости вычислено на стр. 8 книги Gott et al.'s A Map of the Universe и составляет 4,50 радиуса Хаббла , что соответствует 4,220 миллиардам парсеков (13,76 миллиардам световых лет), тогда как текущий сопутствующий радиус наблюдаемой Вселенной вычислен на стр. 7 и составляет 3,38 радиуса Хаббла. Количество галактик в сфере заданного сопутствующего радиуса пропорционально кубу радиуса, поэтому, как показано на стр. 8, отношение количества галактик, наблюдаемых в будущем пределе видимости, к количеству галактик, наблюдаемых сегодня, будет (4,50/3,38) 3 = 2,36.
  5. ^ Это не означает «неограниченный» в математическом смысле; конечная вселенная имела бы верхнюю границу расстояния между двумя точками. Скорее, это означает, что нет границы, за которой ничего нет. См. Геодезическое многообразие .

Ссылки

  1. ^ Ицхак Барс; Джон Тернинг (2009). Дополнительные измерения в пространстве и времени. Springer. стр. 27–. ISBN 978-0387776378. Получено 2011-05-01 .
  2. ^ "объемная вселенная Wolfram|Alpha". www.wolframalpha.com .
  3. ^ «Из чего сделана Вселенная?». NASA . Получено 1 июня 2022 г.
  4. ^ Planck Collaboration (2020). "Planck 2018 results. VI. Cosmological settings". Astronomy & Astrophysics . 641 . page A6 (см. PDF page 15, Table 2: "Age/Gyr", last column). arXiv : 1807.06209 . Bibcode :2020A&A...641A...6P. doi :10.1051/0004-6361/201833910. S2CID  119335614.
  5. ^ Fixsen, DJ (30 ноября 2009 г.). «Температура реликтового излучения». The Astrophysical Journal . 707 (2): 916–920. arXiv : 0911.1955 . Bibcode : 2009ApJ...707..916F. doi : 10.1088/0004-637X/707/2/916. S2CID  119217397.
  6. ^ «Космический рецепт Планка».
  7. ^ Conselice, Christopher J.; et al. (2016). «Эволюция плотности числа галактик при z < 8 и ее последствия». The Astrophysical Journal . 830 (2): 83. arXiv : 1607.03909v2 . Bibcode :2016ApJ...830...83C. doi : 10.3847/0004-637X/830/2/83 . S2CID  17424588.
  8. ↑ Фонтан, Генри (17 октября 2016 г.). «Два триллиона галактик, как минимум». New York Times . Получено 17 октября 2016 г.
  9. ^ ab Lauer, TR; Postman, M.; Spencer, JR; Weaver, HA; Stern, SA; Gladstone, GR; Binzel, RP; Britt, DT; Buie, MW; Buratti, BJ; Cheng, AF; Grundy, WM; Horányi, M.; Kavelaars, JJ; Linscott, IR; Lisse, CM; McKinnon, WB; McNutt, RL; Moore, JM; Núñez, JI; Olkin, CB; Parker, JW; Porter, SB; Reuter, DC; Robbins, SJ; Schenk, PM; Showalter, MR; Singer, KN; Verbiscer, AJ; Young, LA (2022). «Аномальный поток в космическом оптическом фоне, обнаруженный с помощью наблюдений New Horizons». Письма в Astrophysical Journal . 927 (1): l8. arXiv : 2202.04273 . Bibcode : 2022ApJ...927L...8L. doi : 10.3847/2041-8213/ac573d .
  10. ^ ab Lauer, Todd (12 января 2021 г.). «Ученый NOIRLab обнаружил, что Вселенная ярче, чем ожидалось». NOIRLab . Получено 12 января 2021 г. .
  11. ^ Аб Лауэр, Тод Р.; Почтальон, Марк; Уивер, Гарольд А.; Спенсер, Джон Р.; Стерн, С. Алан; Буи, Марк В.; Дурда, Дэниел Д.; Лиссе, Кэри М.; Поппе, Арканзас; Бинцель, Ричард П.; Бритт, Дэниел Т.; Буратти, Бонни Дж.; Ченг, Эндрю Ф.; Гранди, ВМ; Гораньи, Михай; Кавелаарс, Джей Джей; Линскотт, Иван Р.; Маккиннон, Уильям Б.; Мур, Джеффри М.; Нуньес, Дж.И.; Олкин, Екатерина Б.; Паркер, Джоэл В.; Портер, Саймон Б.; Рейтер, Деннис К.; Роббинс, Стюарт Дж.; Шенк, Пол; Шоуолтер, Марк Р.; Певица, Келси Н.; Вербиссер, Энн Дж.; Янг, Лесли А. (11 января 2021 г.). «Наблюдения космического оптического фона с New Horizons». The Astrophysical Journal . 906 (2): 77. arXiv : 2011.03052 . Bibcode :2021ApJ...906...77L. doi : 10.3847/1538-4357/abc881 . hdl :1721.1/133770. S2CID  226277978.
  12. ^ abc Gott III, Дж. Ричард; Марио Юрич; Дэвид Шлегель; Фиона Хойл; и др. (2005). «Карта Вселенной» (PDF) . Астрофизический журнал . 624 (2): 463–484. arXiv : astro-ph/0310571 . Бибкод : 2005ApJ...624..463G. дои : 10.1086/428890. S2CID  9654355.
  13. ^ "Часто задаваемые вопросы по космологии". astro.ucla.edu . Получено 2023-09-15 .
  14. ^ abcd Лайнуивер, Чарльз; Дэвис, Тамара М. (2005). «Заблуждения о Большом взрыве». Scientific American . 292 (3): 36–45. Bibcode : 2005SciAm.292c..36L. doi : 10.1038/scientificamerican0305-36.
  15. ^ См. раздел «Масса обычного вещества» в этой статье.
  16. ↑ До свидания, Деннис (3 декабря 2018 г.). «Весь свет, который можно увидеть? 4 x 1084 фотонов». The New York Times . Получено 4 декабря 2018 г.
  17. ↑ Сотрудничество Fermi-LAT (30 ноября 2018 г.). «Определение истории звездообразования Вселенной с помощью гамма-излучения». Science . 362 (6418): 1031–1034. arXiv : 1812.01031 . Bibcode :2018Sci...362.1031F. doi :10.1126/science.aat8123. PMID  30498122.
  18. ^ Лёб, Абрахам (2002). «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии». Physical Review D. 65 ( 4): 047301. arXiv : astro-ph/0107568 . Bibcode : 2002PhRvD..65d7301L. doi : 10.1103/PhysRevD.65.047301. S2CID  1791226.
  19. ^ Лиддл, Эндрю (2015). Введение в современную космологию. John Wiley. ISBN 978-1118502143.
  20. ^ Расширяется ли Вселенная быстрее скорости света? (см. последние два абзаца).
  21. ^ Краусс, Лоуренс М.; Шеррер, Роберт Дж. (2007). «Возвращение статической Вселенной и конец космологии». Общая теория относительности и гравитация . 39 (10): 1545–1550. arXiv : 0704.0221 . Bibcode :2007GReGr..39.1545K. doi :10.1007/s10714-007-0472-9. S2CID  123442313.
  22. ^ Использование крошечных частиц для ответа на гигантские вопросы. Science Friday, 3 апреля 2009 г. Согласно стенограмме, Брайан Грин делает комментарий: «И на самом деле, в далеком будущем все, что мы видим сейчас, за исключением нашей местной галактики и области галактик, исчезнет. Вся вселенная исчезнет у нас на глазах, и это один из моих аргументов в пользу фактического финансирования космологии. Мы должны сделать это, пока у нас есть шанс».
  23. ^ См. также Быстрее света#Расширение Вселенной и Будущее расширяющейся Вселенной#Галактики за пределами Местного сверхскопления больше не обнаруживаются .
  24. ^ Лёб, Абрахам (2002). «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии». Physical Review D. 65 ( 4): 047301. arXiv : astro-ph/0107568 . Bibcode : 2002PhRvD..65d7301L. doi : 10.1103/PhysRevD.65.047301. S2CID  1791226.
  25. ^ Сигел, Итан. «Сколько ненаблюдаемой Вселенной мы когда-нибудь сможем увидеть?». Forbes . Получено 04.04.2023 .
  26. ^ Сигел, Итан (2021-10-25). «94% галактик Вселенной навсегда вне нашей досягаемости». Starts With A Bang! . Получено 2023-04-04 .
  27. ^ Орд, Тоби. (2021). Границы нашей Вселенной. [1]
  28. ^ Казанас, Д. (1980). «Динамика Вселенной и спонтанное нарушение симметрии». Астрофизический журнал . 241 : L59–L63. Bibcode : 1980ApJ...241L..59K. doi : 10.1086/183361 .
  29. ^ Гут, Алан Х. (1997). Инфляционная вселенная: поиск новой теории космического происхождения . Basic Books. стр. 186–. ISBN 978-0201328400. Получено 1 мая 2011 г.
  30. ^ Белевич, П.; Бандей, Эй Джей; Горский, К.М. (2013). Оге, Э.; Дюмарчес, Дж.; Тран Тхань Ван, Дж. (ред.). «Ограничения на топологию Вселенной». Материалы XLVII-го собрания Морионда . 2012 (91). arXiv : 1303.4004 . Бибкод : 2013arXiv1303.4004B.
  31. ^ Мота, Б.; Ребукас, М.Дж.; Тавакол, Р. (1 июля 2010 г.). «Наблюдаемые круги на небе в плоских вселенных». arXiv : 1007.3466 [astro-ph.CO].
  32. ^ "WolframAlpha" . Получено 29 ноября 2011 г.
  33. ^ "WolframAlpha" . Получено 29 ноября 2011 г.
  34. ^ "WolframAlpha" . Получено 15 февраля 2016 г.
  35. ^ "Семилетние наблюдения зонда микроволновой анизотропии Вильсона (WMAP): карты неба, систематические ошибки и основные результаты" (PDF) . nasa.gov . Получено 2010-12-02 .(см. стр. 39 для таблицы наилучших оценок для различных космологических параметров).
  36. ↑ Эбботт, Брайан (30 мая 2007 г.). «Микроволновый (WMAP) обзор всего неба». Планетарий Хейдена . Получено 13 января 2008 г.
  37. ^ Дэвис, Пол (1992). Новая физика. Cambridge University Press. стр. 187–. ISBN 978-0521438315. Получено 1 мая 2011 г.
  38. ^ Муханов, В. Ф. (2005). Физические основы космологии. Cambridge University Press. С. 58–. ISBN 978-0521563987. Получено 1 мая 2011 г.
  39. ^ Беннетт, CL; Ларсон, Д.; Вайланд, Дж. Л.; Ярошик, Н.; и др. (1 октября 2013 г.). «Девятилетние наблюдения зонда микроволновой анизотропии Уилкинсона (WMAP): окончательные карты и результаты». Серия приложений к астрофизическому журналу . 208 (2): 20. arXiv : 1212.5225 . Bibcode : 2013ApJS..208...20B. doi : 10.1088/0067-0049/208/2/20. S2CID  119271232.
  40. ^ Райт, Нед. "Расстояние времени прохождения света". astro.ucla.edu . Получено 15 сентября 2023 г.
  41. ^ Ганн, Алистер (29 ноября 2023 г.). «Сколько галактик во Вселенной? – Знают ли астрономы, сколько галактик существует? Сколько мы можем увидеть в наблюдаемой Вселенной?». BBC Sky at Night . Архивировано из оригинала 3 декабря 2023 г. Получено 2 декабря 2023 г.
  42. ^ "Космический аппарат New Horizons отвечает на вопрос: насколько темен космос?". phys.org . Архивировано из оригинала 15 января 2021 г. . Получено 15 января 2021 г. .
  43. ^ Хауэлл, Элизабет (20 марта 2018 г.). «Сколько галактик?». Space.com . Архивировано из оригинала 28 февраля 2021 г. Получено 5 марта 2021 г.
  44. ↑ Staff (2019). «Сколько звезд во Вселенной?». Европейское космическое агентство . Архивировано из оригинала 23 сентября 2019 года . Получено 21 сентября 2019 года .
  45. ^ Маров, Михаил Я. (2015). «Структура Вселенной». Основы современной астрофизики . С. 279–294. doi :10.1007/978-1-4614-8730-2_10. ISBN 978-1-4614-8729-6.
  46. ^ Mackie, Glen (1 февраля 2002 г.). «Увидеть Вселенную в зерне песка Таранаки». Центр астрофизики и суперкомпьютеров . Архивировано из оригинала 30 июня 2012 г. Получено 28 января 2017 г.
  47. ^ Мак, Эрик (19 марта 2015 г.). «Похожих на Землю планет может быть больше, чем песчинок на всех наших пляжах — новое исследование утверждает, что только Млечный Путь заполнен миллиардами потенциально пригодных для жизни планет — и это всего лишь один кусочек Вселенной». CNET . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 г. . Получено 1 декабря 2023 г. .
  48. ^ Bovaird, TT; Lineweaver, CH; Jacobsen, SK (13 марта 2015 г.). «Использование наклонений систем Кеплера для определения приоритетов новых предсказаний экзопланет на основе теории Тициуса–Боде». Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 448 (4): 3608–3627. arXiv : 1412.6230 . doi : 10.1093/mnras/stv221 . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 г. . Получено 1 декабря 2023 г. .
  49. ^ Тотани, Томонори (3 февраля 2020 г.). «Возникновение жизни в инфляционной Вселенной». Scientific Reports . 10 (1671): 1671. arXiv : 1911.08092 . Bibcode :2020NatSR..10.1671T. doi : 10.1038/s41598-020-58060-0 . PMC 6997386 . PMID  32015390. 
  50. ^ Дэвис, Пол (2006). Загадка Златовласки. First Mariner Books. стр. 43–. ISBN 978-0618592265.
  51. ^ См. уравнения Фридмана#Параметр плотности .
  52. ^ Каку, Мичио (2006). Параллельные миры: путешествие через творение, высшие измерения и будущее космоса. Knopf Doubleday. стр. 385. ISBN 978-0307276988.
  53. ^ Шутц, Бернард Ф. (2003). Гравитация с самого начала. Cambridge University Press. С. 361–. ISBN 978-0521455060.
  54. ^ Сотрудничество Planck (2013). "Результаты Planck 2013. XVI. Космологические параметры". Астрономия и астрофизика . 571 : A16. arXiv : 1303.5076 . Bibcode : 2014A&A...571A..16P. doi : 10.1051/0004-6361/201321591. S2CID  118349591.
  55. ^ "Галактический сундук с сокровищами". www.spacetelescope.org . Получено 13 августа 2018 г. .
  56. ^ "Blueprints of the Universe". www.eso.org . Получено 31 декабря 2020 г. .
  57. ^ Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (2013). Введение в современную астрофизику (международное издание). Пирсон. стр. 1178. ISBN 978-1292022932.
  58. ^ abc Киршнер, Роберт П. (2002). Экстравагантная Вселенная: взрывающиеся звезды, темная энергия и ускоряющийся космос . Princeton University Press. стр. 71. ISBN 978-0691058627.
  59. ^ «Карта космической паутины, созданная с помощью алгоритма слизевика». www.spacetelescope.org .
  60. ^ Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (2013). Введение в современную астрофизику (международное издание). Пирсон. стр. 1173–1174. ISBN 978-1292022932.
  61. ^ Геллер, М. Дж.; Хукра, Дж. П. (1989). «Картографирование вселенной». Science . 246 (4932): 897–903. Bibcode :1989Sci...246..897G. doi :10.1126/science.246.4932.897. PMID  17812575. S2CID  31328798.
  62. ^ "Самая большая пустота в космосе имеет ширину 1 миллиард световых лет". New Scientist . Получено 2023-09-15 .
  63. ^ Уолл, Майк (2013-01-11). «Обнаружена самая большая структура во Вселенной». Fox News .
  64. ^ ab Хорват, И.; Хаккила, Йон; Баголи, З. (2014). "Возможная структура распределения гамма-всплесков на небе при красном смещении два". Астрономия и астрофизика . 561 : L12. arXiv : 1401.0533 . Bibcode : 2014A&A...561L..12H. doi : 10.1051/0004-6361/201323020. S2CID  24224684.
  65. ^ Хорват, И.; Хаккила, Дж.; Баголи, З. (2013). «Самая большая структура Вселенной, определяемая гамма-всплесками». arXiv : 1311.1104 [astro-ph.CO].
  66. ^ Клотц, Ирен (2013-11-19). "Крупнейшая структура Вселенной — космическая головоломка". Discovery . Архивировано из оригинала 2016-05-16 . Получено 2013-11-20 .
  67. ^ Феррейра, Бекки (2021-06-23). ​​«Структура в глубоком космосе настолько гигантская, что бросает вызов стандартной физике». Vice .
  68. ↑ Натали Вулховер, «Исследование показало, что Вселенная не является фракталом», LiveScience.com, 22 августа 2012 г.
  69. ^ Jarrett, TH (2004). "Крупномасштабная структура в локальной Вселенной: каталог галактик 2MASS". Публикации Астрономического общества Австралии . 21 (4): 396–403. arXiv : astro-ph/0405069 . Bibcode : 2004PASA...21..396J. doi : 10.1071/AS04050. S2CID  56151100.
  70. ^ Хамден, Эрика (4 октября 2019 г.). «Наблюдение за космической паутиной». Science . 366 (6461): 31–32. Bibcode :2019Sci...366...31H. doi :10.1126/science.aaz1318. PMID  31604290. S2CID  203717729.
  71. ^ Берд, Дебора (6 октября 2019 г.). «Космическая паутина питает звезды и сверхмассивные черные дыры». earthsky.org .
  72. ^ Бэкон, Р.; Мэри, Д.; Гарель, Т.; Блезо, Ж.; Маседа, М.; Шай, Дж.; Висоцкий, Л.; Консель, С.; Бринчманн, Дж.; Леклерк, Ф.; Абриль-Мельгареджо, В.; Бугаард, Л.; Буше, Северная Каролина; Контини, Т.; Фельтре, А.; Гидердони, Б.; Херенц, К.; Коллачный, В.; Кусакабе, Х.; Мэти, Дж.; Мишель-Дансак, Л.; Нанаяккара, Т.; Ричард, Дж.; Рот, М.; Шмидт, КБ; Штайнмец, М.; Трессе, Л.; Уррутия, Т.; Верхамме, А.; Вейльбахер, премьер-министр; Забл, Дж.; и Зоутендейк, SL (18 марта 2021 г.). «Чрезвычайно глубокое поле MUSE: космическая паутина в излучении при высоком красном смещении». Астрономия и астрофизика . 647 (A107): A107. arXiv : 2102.05516 . Bibcode :2021A&A...647A. 107B. doi :10.1051/0004-6361/202039887. S2CID  231861819. Это первое обнаружение структуры космической паутины в излучении Lyα в типичных нитевидных средах, а именно за пределами массивных структур, типичных для узлов паутины, является важной вехой в длительном поиске космической веб-подпись на высоком z. Это стало возможным благодаря беспрецедентно слабой поверхностной яркости 5 × 10−20 эрг с−1 см−2 угловой секунды−2, достигнутой в ходе 140-часовых наблюдений MUSE на VLT.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  73. ↑ Уилфорд, Джон Нобл (10 ноября 1987 г.). «Массивные скопления галактик бросают вызов концепциям Вселенной». The New York Times .
  74. ^ «Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил две самые далекие галактики, когда-либо виденные». Space.com . 14 ноября 2023 г.
  75. ^ ab "Новый гамма-всплеск побил рекорд космической дальности | Science Mission Directorate". science.nasa.gov . Получено 15 сентября 2023 г.
  76. ^ Аткинсон, Нэнси (2009-10-28). "Еще наблюдения GRB 090423, самого далекого известного объекта во Вселенной". Universe Today . Получено 2023-09-15 .
  77. ^ "Время прохождения света расстояние". www.astro.ucla.edu . Получено 2023-07-01 .
  78. ^ Месарош, Аттила и др. (2009). «Влияние на космологию небесной анизотропии коротких гамма-всплесков». Baltic Astronomy . 18 : 293–296. arXiv : 1005.1558 . Bibcode : 2009BaltA..18..293M.

Дальнейшее чтение

Внешние ссылки