stringtranslate.com

Наблюдаемая Вселенная

Наблюдаемая Вселенная — это шарообразная область Вселенной , содержащая всю материю , которую можно наблюдать с Земли или ее космических телескопов и исследовательских зондов в настоящее время; электромагнитное излучение этих объектов успело достичь Солнечной системы и Земли с момента начала космологического расширения . Первоначально предполагалось, что в наблюдаемой Вселенной может существовать 2 триллиона галактик . [7] [8] По данным New Horizons, в 2021 году это число сократилось до нескольких сотен миллиардов . [9] [10] [11] Если предположить, что Вселенная изотропна , расстояние до края наблюдаемой Вселенной примерно одинаково во всех направлениях. То есть наблюдаемая Вселенная представляет собой сферическую область с центром в наблюдателе. Каждое место во Вселенной имеет свою собственную наблюдаемую Вселенную, которая может перекрываться, а может и не перекрываться со вселенной, центром которой является Земля.

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. Это относится к физическому пределу, создаваемому самой скоростью света . Ни один сигнал не может распространяться быстрее света. Следовательно, существует максимальное расстояние, называемое горизонтом частиц , за которым ничего нельзя обнаружить, поскольку сигналы еще не могли дойти до нас. Иногда астрофизики различают наблюдаемую Вселенную и видимую Вселенную. Первый включает сигналы, начиная с конца инфляционной эпохи , а второй включает только сигналы, излучаемые после рекомбинации . [заметка 2]

Согласно расчетам, нынешнее сопутствующее расстояние до частиц, от которых было испущено космическое микроволновое фоновое излучение (CMBR), что представляет собой 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 вычислить, что общая масса обычной материи во Вселенной составит около1,5 × 10 53  кг . [15] В ноябре 2018 года астрономы сообщили, что внегалактический фоновый свет (EBL) составил4 × 10 84 фотона. [16] [17]

Поскольку расширение Вселенной ускоряется, все наблюдаемые в настоящее время объекты за пределами местного сверхскопления в конечном итоге застынут во времени, излучая при этом все более красный и слабый свет. Например, объекты с текущим красным смещением z от 5 до 10 можно будет наблюдать 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

Размер Вселенной неизвестен, и она может быть бесконечной. [19] Некоторые части Вселенной находятся слишком далеко, чтобы свет, излучаемый после Большого взрыва, успел достичь Земли или космических приборов, и, следовательно, лежат за пределами наблюдаемой Вселенной. В будущем у света от далеких галактик будет больше времени для перемещения, поэтому можно ожидать, что станут доступны наблюдения и другие области. Согласно закону Хаббла , области, достаточно удаленные от Земли, расширяются от нее со скоростью, превышающей скорость света. [примечание 3] Скорость расширения, по-видимому, ускоряется из-за темной энергии .

Предполагая, что темная энергия остается постоянной (неизменной космологической постоянной ), так что скорость расширения Вселенной продолжает ускоряться, существует «будущий предел видимости», за которым объекты никогда не войдут в наблюдаемую Вселенную в любой момент в будущем, потому что свет, излучаемый объекты за пределами этого предела никогда не смогут достичь Земли. Обратите внимание: поскольку параметр Хаббла уменьшается со временем, могут быть случаи, когда галактика, удаляющаяся от Земли лишь немного быстрее света, излучает сигнал, который в конечном итоге достигает Земли. [14] [20] Этот будущий предел видимости рассчитывается для сопутствующего расстояния в 19 миллиардов парсеков (62 миллиарда световых лет), предполагая, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, что подразумевает количество галактик, которые когда-либо теоретически можно будет наблюдать в бесконечное будущее лишь в 2,36 раза больше числа, наблюдаемого в настоящее время (без учета эффектов красного смещения). [примечание 4]

В принципе, в будущем станет доступно больше галактик; на практике из-за продолжающегося расширения все большее число галактик будет иметь чрезвычайно красное смещение , настолько сильное, что будет казаться, что они исчезнут из поля зрения и станут невидимыми. [21] [22] [23] Галактика на заданном сопутствующем расстоянии определяется как лежащая в «наблюдаемой вселенной», если мы можем принимать сигналы, излучаемые галактикой в ​​любой период ее истории, скажем, сигнал, посланный из галактики. всего через 500 миллионов лет после Большого взрыва. Из-за расширения Вселенной может наступить более поздний возраст, когда сигнал, отправленный из той же галактики, никогда не сможет достичь Земли ни в какой момент бесконечного будущего, поэтому, например, мы никогда не сможем увидеть, как выглядела галактика 10 миллиардов лет назад. лет после Большого взрыва, [24] даже несмотря на то, что она остается на том же расстоянии, что и наблюдаемая Вселенная.

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

Пространство перед этим космическим горизонтом событий можно назвать «достижимой вселенной», то есть все галактики ближе, чем те, которых можно было бы достичь, если бы мы ушли сегодня; все галактики за пределами этого недостижимы. [25] [26] Простое наблюдение покажет, что будущий предел видимости (62 миллиарда световых лет) точно 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». [ нужна цитата ] Это можно оправдать тем, что мы никогда не сможем узнать что-либо путем прямого наблюдения о какой-либо части Вселенной, которая причинно отделена от Земли, хотя многие заслуживающие доверия теории требуют, чтобы общая Вселенная была намного больше, чем наблюдаемая Вселенная. [ нужна цитата ] Не существует никаких доказательств того, что граница наблюдаемой Вселенной представляет собой границу Вселенной в целом, и ни одна из основных космологических моделей не предполагает, что Вселенная вообще имеет какую-либо физическую границу. Однако некоторые модели предполагают, что она может быть конечной, но неограниченной, [примечание 5] , как многомерный аналог двумерной поверхности сферы, которая конечна по площади, но не имеет края.

Вполне вероятно, что галактики в наблюдаемой Вселенной представляют собой лишь незначительную 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 доинфляционный размер Вселенной был примерно равен скорости света, умноженной на его возраст, это предполагает, что в настоящее время размер всей Вселенной составляет, по крайней мере,1,5 × 10 34 световых года — не менееВ 3 × 10 23 раза больше радиус наблюдаемой Вселенной. [29]

Если Вселенная конечна, но безгранична, возможно, что Вселенная меньше наблюдаемой Вселенной. В этом случае то, что мы принимаем за очень далекие галактики, на самом деле может быть дубликатами изображений соседних галактик, образованных светом, облетевшим Вселенную. Эту гипотезу сложно проверить экспериментально, поскольку разные изображения галактики покажут разные эпохи ее истории и, следовательно, могут выглядеть совершенно по-разному. Белевич и др. [30] утверждают, что установили нижнюю границу диаметра последней рассеивающей поверхности в 27,9 гигапарсек (91 миллиард световых лет). Это значение основано на анализе кругов соответствия данных WMAP за 7 лет. Этот подход оспаривается. [31]

Размер

Изображение Хаббла в сверхглубоком поле области наблюдаемой Вселенной (эквивалентный размер области неба показан в левом нижнем углу) возле созвездия Печи . Каждое пятно — это галактика , состоящая из миллиардов звезд. Свет самых маленьких галактик с наибольшим красным смещением зародился почти 14 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] Если предположить, что пространство примерно плоское (в смысле евклидова пространства ), этот размер соответствует сопутствующему объему примерно1,22 × 10 4  Гпк 3 (4,22 × 10 5  Gly 3 или3,57 × 10 80  м 3 ). [34]

Это расстояния сейчас (в космологическом времени ), а не расстояния в момент испускания света. Например, космическое микроволновое фоновое излучение, которое мы видим сейчас, было испущено во время разделения фотонов , которое, по оценкам, произошло околоСпустя 380 000 лет после Большого взрыва, [35] [36] который произошел около 13,8 миллиардов лет назад. Это излучение было испущено материей, которая за это время в основном конденсировалась в галактики, а эти галактики, по оценкам, находятся на расстоянии около 46 миллиардов световых лет от Земли. [12] [14] Чтобы оценить расстояние до этой материи в момент 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 в момент первоначального излучения света определяется выражением [ 37] [38]

.

Результаты WMAP за девять лет в сочетании с другими измерениями дают красное смещение развязки фотонов как z  = 1 091,64 ± 0,47 , [39] что означает, что масштабный коэффициент во время развязки фотонов будет составлять 1 ⁄ 1092,64 . Таким образом, если материя, которая первоначально излучала самые старые фотоны CMBR , в настоящее время находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет, то на момент разделения это расстояние составляло всего около 42 миллионов световых лет.

Расстояние , которое проходит свет до края наблюдаемой Вселенной, равно возрасту Вселенной, умноженному на скорость света , и составляет 13,8 миллиарда световых лет. Это расстояние, которое прошел фотон, испущенный вскоре после Большого взрыва, например фотон космического микроволнового фона , 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 10 24 звезд [44] [45] – больше звезд (и планет земного типа), чем все песчинки на планете Земля . [46] [47] [48] По оценкам, общее количество звезд в раздувающейся Вселенной (наблюдаемых и ненаблюдаемых) составляет 10 100 . [49]

Содержание материи — количество атомов.

Если предположить, что масса обычного вещества составляет около1,45 × 10 53  кг , как обсуждалось выше, и предполагая, что все атомы представляют собой атомы водорода (которые составляют около 74% всех атомов Млечного Пути по массе), предполагаемое общее количество атомов в наблюдаемой Вселенной получается путем деления массы обычного вещества по массе атома водорода. В результате получается примерно 10 80 атомов водорода, также известное как число Эддингтона .

Масса обычного вещества

Массу наблюдаемой Вселенной часто называют равной 10 53  кг. [50] В этом контексте масса относится к обычной материи и включает в себя межзвездную среду (ISM) и межгалактическую среду (IGM). Однако он исключает темную материю и темную энергию . Это указанное значение массы обычной материи во Вселенной можно оценить на основе критической плотности. Расчеты предназначены только для наблюдаемой Вселенной, поскольку ее объем неизвестен и может быть бесконечным.

Оценки на основе критической плотности

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

где G — гравитационная постоянная , а H = H 0 — современное значение постоянной Хаббла . Значение H 0 , полученное телескопом Планк Европейского космического агентства, составляет 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 важных 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 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  /м 3 . Чтобы преобразовать эту плотность в массу, мы должны умножить ее на объем — значение, основанное на радиусе «наблюдаемой Вселенной». Поскольку Вселенная расширялась в течение 13,8 миллиардов лет, расстояние до нее (радиус) теперь составляет около 46,6 миллиардов световых лет. Таким образом, объем (4/3πr 3 ) равно3,58 × 10 80  м 3 , а масса обычного вещества равна плотности (4,08 × 10 −28  кг/м 3 ), умноженный на объём (3,58 × 10 80  м 3 ) или1,46 × 10 53  кг .

Крупномасштабная структура

Скопления галактик, подобные 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 картирование различных диапазонов длин волн электромагнитного излучения (в частности, излучения длиной 21 см ) дали много информации о содержании и характере структуры Вселенной . Организация структуры, по-видимому, следует иерархической модели с организацией до масштаба сверхскоплений и нитей . Больше этого размера (в масштабах от 30 до 200 мегапарсек) [57] , похоже, не существует непрерывной структуры, и это явление получило название «Конец величия» . [58]

Стенки, нити, узлы и пустоты

Карта космической паутины, созданная на основе алгоритма, основанного на слизевиках [59]

Вероятно, организация структуры начинается на звездном уровне, хотя большинство космологов редко обращаются к астрофизике в таком масштабе. Звезды организованы в галактики , которые, в свою очередь, образуют группы галактик , скопления галактик , сверхскопления , листы, стены и нити , которые разделены огромными пустотами , создавая обширную пеноподобную структуру [60] , которую иногда называют «космической паутиной». До 1989 года обычно предполагалось, что вириализованные скопления галактик являются крупнейшими из существующих структур и что они более или менее равномерно распределены по Вселенной во всех направлениях. Однако с начала 1980-х годов было обнаружено все больше и больше структур. В 1983 году Адриан Вебстер определил Webster LQG — большую группу квазаров , состоящую из 5 квазаров. Это открытие стало первой идентификацией крупномасштабной структуры и расширило информацию об известных группировках материи во Вселенной.

В 1987 году Роберт Брент Талли определил сверхскопление Рыбы-Кита , галактическую нить, в которой находится Млечный Путь. Ее диаметр составляет около 1 миллиарда световых лет. В том же году была обнаружена необычно большая область с распределением галактик гораздо ниже среднего — Гигантская Пустота , размер которой составляет 1,3 миллиарда световых лет в поперечнике. На основе данных исследования красного смещения в 1989 году Маргарет Геллер и Джон Хукра открыли « Великую стену », [61] слой галактик длиной более 500 миллионов световых лет и шириной 200 миллионов световых лет, но всего лишь 15 миллионов световых лет. толстый. Существование этой структуры так долго ускользало от внимания, потому что она требует определения положения галактик в трех измерениях, что включает в себя объединение информации о местоположении галактик с информацией о расстоянии от красных смещений .

Два года спустя астрономы Роджер Г. Клоуз и Луис Э. Кампусано обнаружили LQG Клоуза-Кампусано , большую группу квазаров размером два миллиарда световых лет в самой широкой точке, которая на момент объявления была крупнейшей известной структурой во Вселенной. . В апреле 2003 года было обнаружено еще одно крупномасштабное сооружение — Великая Слоанская стена . В августе 2007 года в созвездии Эридана была обнаружена возможная сверхпустота . [62] Оно совпадает с « холодным пятном реликтового излучения », холодной областью в микроволновом небе, которая крайне маловероятна согласно предпочитаемой в настоящее время космологической модели. Эта суперпустота могла бы стать причиной появления холодного пятна, но для этого она должна была бы быть невероятно большой, возможно, в миллиард световых лет в поперечнике, почти такой же большой, как упомянутая выше Гигантская Пустота.

Нерешенная задача по физике :

Крупнейшие структуры во Вселенной оказались больше, чем ожидалось. Это реальные структуры или случайные флуктуации плотности?

(еще нерешенные задачи по физике)
Компьютерно смоделированное изображение области космоса диаметром более 50 миллионов световых лет, представляющее возможное крупномасштабное распределение источников света во Вселенной — точные относительные вклады галактик и квазаров неясны.

Еще одна крупномасштабная структура — это протокластер SSA22 , совокупность галактик и огромных газовых пузырей размером 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 обнаружена еще одна крупная группа квазаров, Huge-LQG , размер которой, по измерениям, составлял четыре миллиарда световых лет, и это была крупнейшая известная на тот момент структура во Вселенной. [63] В ноябре 2013 года астрономы обнаружили Великую стену Геркулеса-Северной Короны , [64] [65] еще большую структуру, вдвое большую, чем предыдущая. Это было определено путем картирования гамма-всплесков . [64] [66]

В 2021 году Американское астрономическое общество объявило об обнаружении Гигантской дуги ; цепочка галактик в форме полумесяца длиной 3,3 миллиарда световых лет, расположенная на расстоянии 9,2 миллиарда световых лет от Земли в созвездии Ботеса по данным наблюдений, полученных Слоановским цифровым обзором неба . [67]

Конец величия

Конец величия — это наблюдательный масштаб, обнаруженный на высоте примерно 100  Мпк (примерно 300 миллионов световых лет), где комковатость, наблюдаемая в крупномасштабной структуре Вселенной, гомогенизируется и изотропизируется в соответствии с Космологическим принципом . [58] В этом масштабе псевдослучайная фрактальность не очевидна. [68]

Сверхскопления и волокна , видимые в небольших исследованиях, рандомизированы до такой степени, что плавное распределение Вселенной становится визуально очевидным. Только после завершения исследований красного смещения в 1990-х годах этот масштаб удалось точно наблюдать. [58]

Наблюдения

«Панорамный вид всего неба в ближнем инфракрасном диапазоне 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 маркировку по красному смещению , полученному из обзоров UGC , CfA , Tully NBGC, LCRS, 2dF , 6dFGS и SDSS (а также из различных наблюдений, собранных Внегалактической базой данных НАСА ) или фотографий. -метрически выведено из полосы K (2,2 мкм).Синий — ближайшие источники ( z < 0,01 ), зеленый — на умеренных расстояниях ( 0,01 < z < 0,04 ), а красный — самые удаленные источники, которые разрешает 2MASS ( 0,04 < z <). 0,1 ). Карта проецируется на равную площадь Аитоффа в Галактической системе (Млечный Путь в центре)». [69]

Еще одним показателем крупномасштабной структуры является « Лайман-альфа-лес ». Это совокупность линий поглощения , которые появляются в спектрах света квазаров и интерпретируются как указание на существование огромных тонких слоев межгалактического (в основном водородного ) газа. Эти листы, кажется, сжимаются в волокна, которые могут питать галактики по мере их роста там, где волокна либо пересекаются, либо становятся плотными. Первым прямым доказательством существования этой космической сети газа стало обнаружение в 2019 году астрономами из кластера новаторских исследований RIKEN в Японии и Даремского университета в Великобритании света от самой яркой части этой паутины, окружающей и освещенной скоплением образуя галактики, действуя как космические фонарики для флуоресценции водорода между скоплениями среды через выбросы Лайман-альфа. [70] [71]

В 2021 году международная группа под руководством Роланда Бэкона из Исследовательского астрофизического центра Лиона сообщила о первом наблюдении диффузного расширенного излучения Лайман-альфа с красным смещением от 3,1 до 4,5, которое проследило несколько нитей космической паутины в масштабах 2,5–4 сМпк ( сопутствующие мегапарсеки), в нитевидной среде вне массивных структур, типичных для веб-узлов. [72]

При описании структур в космическом масштабе требуется определенная осторожность, поскольку они часто отличаются от того, как выглядят. Гравитационное линзирование может создать впечатление, будто изображение исходит в направлении, отличном от его реального источника, когда объекты на переднем плане искривляют окружающее пространство-время (как предсказывает общая теория относительности ) и отклоняют проходящие световые лучи. Весьма полезно то, что сильное гравитационное линзирование иногда может увеличивать далекие галактики, облегчая их обнаружение. Слабое линзирование промежуточной Вселенной в целом также слегка меняет наблюдаемую крупномасштабную структуру.

Крупномасштабная структура Вселенной также выглядит иначе, если для измерения расстояний до галактик использовать только красное смещение. Например, галактики, находящиеся за скоплением галактик, притягиваются к нему и падают к нему, поэтому они смещаются в голубую сторону (по сравнению с тем, какими они были бы, если бы скопления не было). На ближней стороне объекты имеют красное смещение. Таким образом, окружающая среда скопления выглядит несколько суженной, если для измерения расстояния использовать красное смещение. Противоположный эффект наблюдается у галактик, уже находящихся в скоплении: галактики совершают 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-Центавра гравитационная аномалия, называемая Великим Аттрактором, влияет на движение галактик в области шириной в сотни миллионов световых лет. Все эти галактики имеют красное смещение в соответствии с законом Хаббла . Это указывает на то, что они удаляются от нас и друг от друга, но изменения их красного смещения достаточны, чтобы обнаружить существование концентрации масс, 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 ее 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 определил то, что он назвал сверхскоплением Рыб-Кита , структуру длиной в один миллиард световых лет и шириной 150 миллионов световых лет, в которой, как он утверждал, Местное сверхскопление было внедрено. [73]

Самые далекие объекты

Самый далекий астрономический объект, обнаруженный (по состоянию на сентябрь 2022 года), — это галактика, классифицированная как JADES-GS-z13-0 . [74] В 2009 году 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 средствах массовой информации широко упоминалось расстояние около 13 миллиардов световых лет, а иногда и более точная цифра в 13,035 миллиардов световых лет. [75]

Это будет «расстояние прохождения света» (см. Меры расстояний (космология) ), а не « собственное расстояние », используемое как в законе Хаббла , так и при определении размера наблюдаемой Вселенной. Космолог Нед Райт выступает против использования этой меры. [77] Правильное расстояние для красного смещения 8,2 должно 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 можно получить информацию о различных событиях во Вселенной. Самый известный горизонт — это горизонт частиц , который устанавливает ограничение на точное расстояние, которое можно увидеть из-за конечного возраста Вселенной . Дополнительные горизонты связаны с возможными будущими масштабами наблюдений, большими, 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 по степени их близости к Земле.

Галерея

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Умножьте процент обычной материи, указанный Планком ниже, на общую плотность энергии, указанную WMAP ниже.
  2. ^ Это когда атомы водорода образовались из протонов и электронов, и Вселенная стала прозрачной для электромагнитного излучения.
  3. ^ Специальная теория относительности не позволяет близлежащим объектам в одной и той же локальной области двигаться относительно друг друга быстрее скорости света, но такого ограничения нет для удаленных объектов, когда пространство между ними расширяется; см. использование правильного расстояния для обсуждения.
  4. ^ Сопутствующее расстояние будущей границы видимости рассчитывается на стр. 8 «Карты Вселенной» Готта и др. в 4,50 раза превышает радиус Хаббла , заданный как 4,220 миллиарда парсеков (13,76 миллиарда световых лет), тогда как текущий сопутствующий радиус наблюдаемой Вселенной рассчитан на стр. 7 в 3,38 раза больше радиуса Хаббла. Число галактик в сфере данного сопутствующего радиуса пропорционально кубу радиуса, так как показано на с. 8 отношение числа галактик, наблюдаемых в будущем пределе видимости, к числу галактик, наблюдаемых сегодня, будет (4,50/3,38) 3 = 2,36.
  5. ^ Это не означает «неограниченный» в математическом смысле; конечная вселенная будет иметь верхнюю границу расстояния между двумя точками. Скорее, это означает, что нет границы, за которой нет ничего. См. Геодезическое многообразие .

Рекомендации

  1. ^ Ицхак Барс; Джон Тернинг (2009). Дополнительные измерения в пространстве и времени. Спрингер. стр. 27–. ISBN 978-0387776378. Проверено 1 мая 2011 г.
  2. ^ "Объемная вселенная Wolfram|Alpha" . www.wolframalpha.com .
  3. ^ «Из чего состоит Вселенная?». НАСА . Проверено 1 июня 2022 г.
  4. ^ Сотрудничество Планка (2020). «Результаты Планка 2018. VI. Космологические параметры». Астрономия и астрофизика . 641 . стр. A6 (см. стр. 15 PDF, Таблицу 2: «Возраст/год», последний столбец). arXiv : 1807.06209 . Бибкод : 2020A&A...641A...6P. дои : 10.1051/0004-6361/201833910. S2CID  119335614.
  5. ^ Фикссен, ди-джей (декабрь 2009 г.). «Температура космического микроволнового фона». Астрофизический журнал . 707 (2): 916–920. arXiv : 0911.1955 . Бибкод : 2009ApJ...707..916F. дои : 10.1088/0004-637X/707/2/916. S2CID  119217397.
  6. ^ "Космический рецепт Планка".
  7. ^ Конселиче, Кристофер Дж.; и другие. (2016). «Эволюция плотности числа галактик при z <8 и ее последствия». Астрофизический журнал . 830 (2): 83. arXiv : 1607.03909v2 . Бибкод : 2016ApJ...830...83C. дои : 10.3847/0004-637X/830/2/83 . S2CID  17424588.
  8. ↑ Фонтан, Генри (17 октября 2016 г.). «Как минимум два триллиона галактик». Газета "Нью-Йорк Таймс . Проверено 17 октября 2016 г.
  9. ^ Лауэр, ТР; Почтальон, М.; Спенсер-младший; Уивер, штат Ха; Стерн, SA; Гладстон, Греция; Бинзель, Р.П.; Бритт, DT; Буйе, МВт; Буратти, Б.Дж.; Ченг, А. Ф.; Гранди, ВМ; Хораньи, М.; Кавелаарс, Джей Джей; Линскотт, ИК; Лиссе, CM; Маккиннон, Всемирный банк; МакНатт, РЛ; Мур, Дж. М.; Нуньес, Дж.И.; Олкин, CB; Паркер, Дж.В.; Портер, SB; Рейтер, округ Колумбия; Роббинс, С.Дж.; Шенк, ПМ; Шоуолтер, MR; Сингер, КН; Вербиссер, AJ; Янг, Лос-Анджелес (2022). «Аномальный поток в космическом оптическом фоне, обнаруженный с помощью наблюдений New Horizons». Письма астрофизического журнала . 927 (1): л8. arXiv : 2202.04273 . Бибкод : 2022ApJ...927L...8L. дои : 10.3847/2041-8213/ac573d .
  10. ↑ Лауэр, Тодд (12 января 2021 г.). «Ученый NOIRLab считает, что Вселенная ярче, чем ожидалось». НОЙЛаб . Проверено 12 января 2021 г.
  11. ^ 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.). «Новые горизонты наблюдений космического оптического фона». Астрофизический журнал . 906 (2): 77. arXiv : 2011.03052 . Бибкод : 2021ApJ...906...77L. дои : 10.3847/1538-4357/abc881 . hdl : 1721.1/133770. S2CID  226277978.
  12. ^ abc Gott III, Дж. Ричард; Марио Юрич; Дэвид Шлегель; Фиона Хойл; и другие. (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 . Проверено 15 сентября 2023 г.
  14. ^ abcd Lineweaver, Чарльз; Дэвис, Тамара М. (2005). «Заблуждения о Большом взрыве». Научный американец . 292 (3): 36–45. Бибкод : 2005SciAm.292c..36L. doi : 10.1038/scientificamerican0305-36.
  15. ^ См. раздел «Масса обычного вещества» этой статьи.
  16. ^ Прощай, Деннис (3 декабря 2018 г.). «Весь свет, который можно увидеть? 4 x 1084 фотонов». Нью-Йорк Таймс . Проверено 4 декабря 2018 г.
  17. ^ Сотрудничество Fermi-LAT (30 ноября 2018 г.). «Гамма-излучение определения истории звездообразования Вселенной». Наука . 362 (6418): 1031–1034. arXiv : 1812.01031 . Бибкод : 2018Sci...362.1031F. doi : 10.1126/science.aat8123. ПМИД  30498122.
  18. ^ Леб, Авраам (2002). «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии». Физический обзор D . 65 (4): 047301. arXiv : astro-ph/0107568 . Бибкод : 2002PhRvD..65d7301L. doi : 10.1103/PhysRevD.65.047301. S2CID  1791226.
  19. ^ Лиддл, Эндрю (2015). Введение в современную космологию. Джон Уайли. ISBN 978-1118502143.
  20. ^ Вселенная расширяется быстрее скорости света? (см. последние два абзаца)
  21. ^ Краусс, Лоуренс М.; Роберт Дж. Шеррер (2007). «Возвращение статической Вселенной и конец космологии». Общая теория относительности и гравитация . 39 (10): 1545–1550. arXiv : 0704.0221 . Бибкод : 2007GReGr..39.1545K. дои : 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 сейчас видим, за исключением нашей местной галактики и области галактик, исчезнет. Вся Вселенная исчезнет». на наших глазах, и это один из моих аргументов в пользу финансирования космологии. Мы должны делать 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. ^ Леб, Авраам (2002). «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии». Физический обзор D . 65 (4): 047301. arXiv : astro-ph/0107568 . Бибкод : 2002PhRvD..65d7301L. doi : 10.1103/PhysRevD.65.047301. S2CID  1791226.
  25. ^ Сигел, Итан. «Какую часть ненаблюдаемой Вселенной мы когда-нибудь сможем увидеть?». Форбс . Проверено 4 апреля 2023 г.
  26. ^ Сигел, Итан (25 октября 2021 г.). «94% галактик во Вселенной навсегда находятся за пределами нашей досягаемости». Начинается с треска! . Проверено 4 апреля 2023 г.
  27. ^ Орд, Тоби. (2021). Края нашей Вселенной. [1]
  28. ^ Казанас, Д. (1980). «Динамика Вселенной и спонтанное нарушение симметрии». Астрофизический журнал . 241 : L59–L63. Бибкод : 1980ApJ...241L..59K. дои : 10.1086/183361 .
  29. ^ Гут, Алан Х. (1997). Инфляционная Вселенная: поиск новой теории космического происхождения . Основные книги. стр. 186–. ISBN 978-0201328400. Проверено 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, MJ; Тавакол, Р. (1 июля 2010 г.). «Наблюдаемые круги в небе в плоских вселенных». arXiv : 1007.3466 [astro-ph.CO].
  32. ^ "ВольфрамАльфа" . Проверено 29 ноября 2011 г.
  33. ^ "ВольфрамАльфа" . Проверено 29 ноября 2011 г.
  34. ^ "ВольфрамАльфа" . Проверено 15 февраля 2016 г.
  35. ^ «Семилетние наблюдения микроволнового зонда анизотропии Уилсона (WMAP): карты неба, систематические ошибки и основные результаты» (PDF) . НАСА.gov . Проверено 2 декабря 2010 г.(таблицу наилучших оценок различных космологических параметров см. на стр. 39)
  36. ↑ Эбботт, Брайан (30 мая 2007 г.). «Микроволновое исследование всего неба (WMAP)». Планетарий Хейдена . Проверено 13 января 2008 г.
  37. ^ Дэвис, Пол (1992). Новая физика. Издательство Кембриджского университета. стр. 187–. ISBN 978-0521438315. Проверено 1 мая 2011 г.
  38. ^ Муханов, В.Ф. (2005). Физические основы космологии. Издательство Кембриджского университета. стр. 58–. ISBN 978-0521563987. Проверено 1 мая 2011 г.
  39. ^ Беннетт, CL; Ларсон, Д.; Вейланд, Дж.Л.; Ярошик, Н.; и другие. (1 октября 2013 г.). «Девятилетние наблюдения микроволнового зонда анизотропии Уилкинсона (WMAP): окончательные карты и результаты». Серия дополнений к астрофизическому журналу . 208 (2): 20. arXiv : 1212.5225 . Бибкод : 2013ApJS..208...20B. дои : 10.1088/0067-0049/208/2/20. S2CID  119271232.
  40. ^ Райт, Нед. «Расстояние светового путешествия во времени». astro.ucla.edu . Проверено 15 сентября 2023 г.
  41. ↑ Ганн, Алистер (29 ноября 2023 г.). «Сколько галактик во Вселенной? - Знают ли астрономы, сколько существует галактик? Сколько мы можем увидеть в наблюдаемой Вселенной?». BBC Небо в ночное время . Архивировано из оригинала 3 декабря 2023 года . Проверено 2 декабря 2023 г.
  42. ^ «Космический корабль New Horizons отвечает на вопрос: насколько темен космос?». физ.орг . Архивировано из оригинала 15 января 2021 года . Проверено 15 января 2021 г.
  43. ↑ Хауэлл, Элизабет (20 марта 2018 г.). «Сколько здесь галактик?». Space.com . Архивировано из оригинала 28 февраля 2021 года . Проверено 5 марта 2021 г.
  44. ^ Персонал (2019). «Сколько звезд во Вселенной?». Европейское космическое агентство . Архивировано из оригинала 23 сентября 2019 года . Проверено 21 сентября 2019 г.
  45. ^ Маров, Михаил Я. (2015). «Строение Вселенной». Основы современной астрофизики . стр. 279–294. дои : 10.1007/978-1-4614-8730-2_10. ISBN 978-1-4614-8729-6.
  46. ↑ Маки, Глен (1 февраля 2002 г.). «Увидеть Вселенную в песчинке Таранаки». Центр астрофизики и суперкомпьютеров . Архивировано из оригинала 11 августа 2011 года . Проверено 28 января 2017 г.
  47. ↑ Мак, Эрик (19 марта 2015 г.). «На всех наших пляжах может быть больше планет, похожих на Землю, чем песчинок. Новое исследование утверждает, что только Млечный Путь наполнен миллиардами потенциально обитаемых планет – и это всего лишь один кусочек Вселенной». CNET . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
  48. ^ Т. Бовэр, Т.; Лайнвивер, Швейцария; Якобсен, СК (13 марта 2015 г.). «Использование склонностей систем Кеплера для определения приоритетности новых предсказаний экзопланет на основе Тициуса-Боде». Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . 448 (4): 3608–3627. arXiv : 1412.6230 . дои : 10.1093/mnras/stv221 . Архивировано из оригинала 1 декабря 2023 года . Проверено 1 декабря 2023 г.
  49. ↑ Тотани, Томонори (3 февраля 2020 г.). «Появление жизни в инфляционной Вселенной». Научные отчеты . 10 (1671): 1671. arXiv : 1911.08092 . Бибкод : 2020NatSR..10.1671T. дои : 10.1038/s41598-020-58060-0 . ПМИД  32015390.
  50. ^ Дэвис, Пол (2006). Загадка Златовласки. Первые книги моряка. п. 43–. ISBN 978-0618592265.
  51. ^ См. уравнения Фридмана # Параметр плотности .
  52. ^ Каку, Мичио (2006). Параллельные миры: путешествие через творение, высшие измерения и будущее космоса. Кнопф Даблдэй. п. 385. ИСБН 978-0307276988.
  53. ^ Шутц, Бернард Ф. (2003). Гравитация от земли вверх. Издательство Кембриджского университета. стр. 361–. ISBN 978-0521455060.
  54. ^ Сотрудничество Планка (2013). «Результаты Планка 2013. XVI. Космологические параметры». Астрономия и астрофизика . 571 : А16. arXiv : 1303.5076 . Бибкод : 2014A&A...571A..16P. дои : 10.1051/0004-6361/201321591. S2CID  118349591.
  55. ^ "Галактический сундук с сокровищами". www.spacetelescope.org . Проверено 13 августа 2018 г.
  56. ^ «Чертежи Вселенной». www.eso.org . Проверено 31 декабря 2020 г.
  57. ^ Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (2013). Введение в современную астрофизику (международное изд.). Пирсон. п. 1178. ИСБН 978-1292022932.
  58. ^ abc Киршнер, Роберт П. (2002). Экстравагантная Вселенная: взрывающиеся звезды, темная энергия и ускоряющийся космос . Издательство Принстонского университета. п. 71. ИСБН 978-0691058627.
  59. ^ "Карта космической паутины, созданная на основе алгоритма слизеобразования" . www.spacetelescope.org .
  60. ^ Кэрролл, Брэдли В.; Остли, Дейл А. (2013). Введение в современную астрофизику (международное изд.). Пирсон. стр. 1173–1174. ISBN 978-1292022932.
  61. ^ Геллер, MJ; Хухра, JP (1989). «Картирование Вселенной». Наука . 246 (4932): 897–903. Бибкод : 1989Sci...246..897G. дои : 10.1126/science.246.4932.897. PMID  17812575. S2CID  31328798.
  62. ^ «Самая большая пустота в космосе имеет диаметр 1 миллиард световых лет» . Новый учёный . Проверено 15 сентября 2023 г.
  63. ^ Уолл, Майк (11 января 2013 г.). «Обнаружена самая большая структура во Вселенной». Фокс Ньюс .
  64. ^ аб Хорват, я; Хаккила, Джон; Баголи, З. (2014). «Возможная структура распределения неба GRB на втором красном смещении». Астрономия и астрофизика . 561 : Л12. arXiv : 1401.0533 . Бибкод : 2014A&A...561L..12H. дои : 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 (19 ноября 2013 г.). «Самая большая структура Вселенной - космическая загадка». Открытие . Архивировано из оригинала 16 мая 2016 г. Проверено 20 ноября 2013 г.
  67. ^ Феррейра, Бекки (23 июня 2021 г.). «Структура в глубоком космосе настолько огромна, что бросает вызов стандартной физике». Порок .
  68. ↑ LiveScience.com, «Вселенная не фрактал, результаты исследования», Натали Вулчовер, 22 августа 2012 г.
  69. ^ Джарретт, TH (2004). «Крупномасштабная структура в локальной Вселенной: Каталог галактик 2MASS». Публикации Астрономического общества Австралии . 21 (4): 396–403. arXiv : astro-ph/0405069 . Бибкод : 2004PASA...21..396J. дои : 10.1071/AS04050. S2CID  56151100.
  70. ↑ Хамден, Эрика (4 октября 2019 г.). «Наблюдение за космической паутиной». Наука . 366 (6461): 31–32. Бибкод : 2019Sci...366...31H. дои : 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.). «MUSE Extremely Deep Field: космическая паутина в излучении с высоким красным смещением». Астрономия и астрофизика . 647 (А107): А107. arXiv : 2102.05516 . Бибкод : 2021A&A...647A.107B. дои : 10.1051/0004-6361/202039887. S2CID  231861819. Это первое обнаружение структуры космической паутины в излучении Lyα в типичной нитевидной среде, а именно за пределами массивных структур, типичных для узлов паутины, является важной вехой в длительных поисках сигнатуры космической паутины на высоких z. Это стало возможным благодаря беспрецедентной слабой поверхностной яркости 5 × 10-20 эрг/с-1 см-2 угл.сек-2, достигнутой в результате 140-часовых наблюдений MUSE на VLT.{{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
  73. ↑ Уилфорд, Джон Ноубл (10 ноября 1987 г.). «Массивные скопления галактик бросают вызов представлениям о Вселенной». Нью-Йорк Таймс .
  74. ^ «Космический телескоп Джеймса Уэбба обнаружил две из самых далеких галактик, когда-либо виденных» . Space.com .
  75. ^ ab «Новый гамма-всплеск побил рекорд космического расстояния | Управление научной миссии» . science.nasa.gov . Проверено 15 сентября 2023 г.
  76. ^ Аткинсон, Нэнси (28 октября 2009 г.). «Дополнительные наблюдения GRB 090423, самого отдаленного известного объекта во Вселенной». Вселенная сегодня . Проверено 15 сентября 2023 г.
  77. ^ «Расстояние светового путешествия во времени» . www.astro.ucla.edu . Проверено 1 июля 2023 г.
  78. ^ Месарос, Аттила; и другие. (2009). «Влияние на космологию небесной анизотропии коротких гамма-всплесков». Балтийская астрономия . 18 : 293–296. arXiv : 1005.1558 . Бибкод :2009БалтА..18..293М.

дальнейшее чтение

Внешние ссылки