Ile lat ma najstarsze światło widoczne z Ziemi?

Ponieważ światło może poruszać się tak szybko, całe światło, które widzimy na niebie, zostało wyemitowane w poprzednim momencie. Jeśli więc np. Zobaczymy supernową lub jakieś inne wielkie gwiezdne wydarzenie, to zanim to zobaczymy, może już dawno minęło. To mnie ciekawiło, jakie jest najstarsze światło, które widzimy z ziemi?

Wszechświat ma podobno ~ 13 + miliard lat, ale prawdopodobnie nie jesteśmy na skraju znanego wszechświata, więc całe światło, które widzimy, prawdopodobnie ma mniej niż 13 miliardów lat. Więc jakie jest najstarsze światło, jakie widzimy? i jako opcjonalne pytanie uzupełniające, skąd wiemy, jaki jest wiek tego światła?

Wydaje mi się, że samo światło może nie być dosłownie „stare”, ale prawdopodobnie jest to oczywiste, o co tutaj pytam, mówiąc inaczej: jaka jest największa odległość, którą teraz emitowane światło widzialne Ziemi przemierzyło, aby dotrzeć do Ziemi? Chociaż ta reformacja pytania jest niejako zaplątana w efekty soczewkowania.

Najstarszym światłem we wszechświecie jest kosmiczne tło mikrofalowe . Około 380 000 lat po Wielkim Wybuchu protony i elektrony „zrekombinowały” ¹ w atomy wodoru. Przed tym wszelkie fotony rozpraszały wolne elektrony w przestrzeni wypełniającej plazmę, a wszechświat był zasadniczo nieprzezroczysty dla światła. Gdy jednak nastąpiła rekombinacja, fotony były w stanie „oddzielić” od elektronów i bez przeszkód przemieszczać się w przestrzeni. To promieniowanie reliktów jest nadal obserwowalne do dziś; został przesunięty na czerwono i schłodzony.

Możemy wykryć światło z bardzo odległych obiektów, i mamy. Bardziej sensowne jest mówienie o odległości w kategoriach przesunięcia ku czerwieni ; im większe przesunięcie ku czerwieni, tym dalej znajduje się obiekt. Istnieje wiele obiektów o bardzo wysokim przesunięciu ku czerwieni, z których niektóre potwierdziły swoje pomiary, a inne nie. Do kandydatów należą

• $z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$
• $z=10$$z=12$
• $z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$

Wszystkie te obiekty uformowałyby się jednak kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu, więc światło, które widzimy z nich, jest znacznie „młodsze” niż światło kosmicznego mikrofalówki.

^{1 Nigdy nie podobało mi się użycie w tym kontekście, ponieważ po raz pierwszy zostały połączone; „re” wprowadza w błąd.}

Jakie jest najstarsze światło, które widzimy?

Kosmiczne tło mikrofalowe jest uważane za najstarsze wykrywalne dla nas promieniowanie elektromagnetyczne. Jest w spektrum mikrofalowym, więc nie można go zobaczyć gołym okiem, ale jest odbierany przez „radioteleskopy”. Nazywamy to „światłem” w szerokim znaczeniu.

Jednym z niezwykłych aspektów tego promieniowania tła jest jego prawie jednorodność we wszystkich kierunkach. Astronomowie uważają, że jednorodność jest zbyt silna, aby źródło mogło być naprawdę wielką rzeczą, jak wielki balon ... ale tak by było, gdyby wszystko było tak daleko od siebie, jak się wydaje.

Gdyby był naprawdę tak duży, jak się wydaje, zajęłoby to dwa razy wiek wszechświata, aby druga strona uległa wpływowi drugiej strony! Zamiast tego astronomowie uważają, że to, co widzimy, było bardzo małym ciałem, które stało się większe; dlatego wygląda tak samo w każdym kierunku. Część wzrostu nazywana jest metryczną ekspansją przestrzeni i ma inne znaczenie niż zwykły wzrost.

Skąd znamy wiek tego światła?

Wiek kosmicznego światła w tle można określić tylko pośrednio , najpierw wiedząc, jak dawno temu miał miejsce Wielki Wybuch, a następnie określając , kiedy światło zostało wyemitowane podczas Wielkiego Wybuchu.

Porównując tempo, w jakim wszystko wydaje się rosnąć, z tym, jak duże wszystko wydaje się być, w taki sam sposób, w jaki możesz oszacować, ile czasu zajmie dotarcie do miejsca, biorąc pod uwagę prędkość drogi i odległość Stała Hubble'a . Pomaga nam to obliczyć, jak dawno doszło do Wielkiego Wybuchu.

Są też pewne „fale dźwiękowe” ( barionowe oscylacje akustyczne ), w których stare rzeczy, które widzimy, w tym kosmiczne tło mikrofalowe, stają się jaśniejsze i ciemniejsze z rytmem, jak wahadło zegara. Można je mierzyć albo od lewej do prawej (dla rzeczy poruszających się), albo przez monitorowanie wideo (dla rzeczy nieruchomych). Mierzenie tych rytmów i porównywanie ich ze stałą Hubble'a pomaga również obliczyć, jak dawno doszło do Wielkiego Wybuchu.

Wreszcie, tło mikrofalowe ma właściwości fizyczne (takie jak temperatura i gęstość), które pozwalają nam określić, kiedy zostało ono wyemitowane podczas ekspansji i chłodzenia Wielkiego Wybuchu. Razem wykorzystując wszystkie te obliczenia, określamy wiek kosmicznego światła mikrofalowego w tle.

Astronomowie uważają, że to połączone obliczenie (zwane „LCDM”, „Lambda-CDM” lub „Big Bang Cosmology”) jest bardzo dobre, ponieważ różne liczby w większości się pokrywają * . Z przyjemnością zgłosili więcej dobrych ustaleń jeszcze w 2018 r., Kiedy zakończyło się badanie Dark Energy Survey. Niemniej jednak, ponieważ LCDM zawiera pewne założenia, które mogą nigdy nie zostać zweryfikowane, a ponieważ nadal istnieją pewne niewyjaśnione rozbieżności, nie wiemy, czy inny rodzaj obliczeń byłby lepszy, pod warunkiem, że nadal pasuje do pomiarów.

Skąd wiemy, że jest to najstarsze światło?

Dopiero myśląc o fizycznych właściwościach kosmicznego mikrofalowego tła i myśląc o tym, kiedy podczas Wielkiego Wybuchu musiało ono wyemitować swoje światło, astronomowie zidentyfikowali je jako najstarsze możliwe światło we wszechświecie, starsze niż jakiekolwiek gwiazdy lub galaktyki. Nie mówi nam, ile ma lat; w rzeczywistości astronomowie zawsze upewniają się, że nie jest to po prostu warstwa pyłu na teleskopie!

Jak daleko jest kosmiczne tło mikrofalowe?

To jest naprawdę trudne pytanie. Według Big Bang Cosmology kosmiczne tło mikrofalowe nie było „gdzieś”, ale było wszędzie. Odległość, jaką przebył od Wielkiego Wybuchu, jest inna niż czas pomnożony przez prędkość światła z powodu metrycznej ekspansji przestrzeni. Jest to wynikiem relatywistycznego skracania długości z powodu prędkości, z jaką wszystko się porusza.

Czy obserwowalny wszechświat jest młodszy niż wszechświat większy, zakładając, że istnieje?

Obliczenie czasu od Wielkiego Wybuchu daje teraz ten sam wynik, niezależnie od tego, czy rozważasz nasz obserwowalny wszechświat, czy większy wszechświat, który może istnieć. Dlatego wiek „naszego” wszechświata jest taki sam jak wiek „naszego” wszechświata.

* Niektóre różne badania w celu ustalenia stałej Hubble'a spowodowały, że kosmolodzy wstrzymali się ( link 1 , link 2 ); w zależności od tego, którą część wszechświata wyglądasz, może być ona bliska 67 lub może być bliższa 73 w standardowych jednostkach.

Naukowcy odkryli galaktykę o nazwie GN-z11 (wspomnianą już przez HDE 226868 ), która istniała zaledwie 400 milionów lat po Wielkim Wybuchu, czyli około 13,3 miliarda lat temu:

Najdalsza jak dotąd galaktyka bije rekord odległości kosmicznej

Odkrycie gwiazdy liczącej 10 miliardów lat zostało ogłoszone w zeszłym tygodniu:

Hubble dostrzega najdalszą gwiazdę, jaką kiedykolwiek widziano

Oto lista odległych obiektów astronomicznych na Wikipedii .

Zadałeś dwa pytania, używając semantyki:

• „Ile lat ma najstarsze światło widoczne z Ziemi?”

Od odpowiedzi @ Pela na : Dlaczego istnieje różnica między horyzontem zdarzeń kosmicznych a wiekiem wszechświata? - Więc za około 100 milionów lat dotrze do nas najodleglejsze światło z odległości ponad 116 milionów lat świetlnych.

16 Gly, że odległość do horyzontu zdarzeń jest dzisiaj przypadkiem. Nie ma to nic wspólnego z erą Wszechświata. Zależy to tylko od przyszłej ekspansji Wszechświata, która z kolei zależy od gęstości składników Wszechświata (Ωb, ΩDM, ΩΛ itp.). Gdyby Wszechświat został zdominowany przez materię (lub promieniowanie), nie byłoby horyzontu zdarzeń: żadna galaktyka, tak daleko, nie byłaby dla nas widoczna, gdybyśmy tylko cierpliwie czekali. Galaktyka jest w odległości 10 000 miliardów lat świetlnych? Po prostu poczekaj wystarczająco długo (dokładnie jak długo zależy od faktycznej gęstości).

Jednak nasz Wszechświat zdominowany jest przez ciemną energię, która przyspiesza ekspansję bez granic. To niestety oznacza, że ​​światło opuszczające dziś galaktykę 17 Gly zostanie zabrane przez ekspansję szybciej, niż może skierować się w naszą stronę. W przeciwieństwie do tego, światło emitowane dzisiaj z odległej galaktyki 15 Gly będzie podróżować w naszym kierunku, ale początkowo jednak odejdzie od nas z powodu ekspansji. Jednak jego podróż ku nam sprawia, że ​​to tempo ekspansji jest coraz mniejsze (ponieważ tempo ekspansji rośnie wraz z odległością od nas), a po pewnym czasie będzie podróżowało tak daleko, że pokonało ekspansję i zaczęło zmniejszać swoją odległość od nas i ostatecznie dotrą do nas po około 100 Gyr.

• „Wydaje mi się, że samo światło może nie być dosłownie„ stare ”, ale prawdopodobnie jest oczywiste, o co tutaj pytam, mówiąc inaczej: jaka jest najdłuższa odległość, jaką teraz emitowane światło widzialne Ziemi przemierzyło, aby dotrzeć do Ziemi? Chociaż ta reformacja pytanie zaplątało się w efekty soczewkowania? ”

Tak, to zupełnie inne pytanie ...

Zobacz jeden z najwcześniejszych artykułów: Davis i Lineweaver ( „ Rosnące zamieszanie: powszechne nieporozumienia dotyczące kosmologicznych horyzontów i superluminalnej ekspansji wszechświata ”).

Nowsze prace:

„ The Shared Causal Pasts and Futures of Cosmological Events ”, Friedman, Kaiser i Gallicchio (2013).

„ Wniosek: ... Chociaż uważa się, że obserwowalne gęstości przestrzenne galaktyk, gromad, a tym samym kwazarów odzwierciedlają korelacje powstałe podczas inflacji, pozostaje otwarte pytanie, czy wydarzenia z epoki inflacji w określonych dogodnych miejscach - gdzie później powstały galaktyki gospodarza kwazara - może wytworzyć zauważalny sygnał korelacji między parami ewentualnych zdarzeń emisji kwazara w tych samych sąsiednich lokalizacjach miliardy lat po tym, jak odciśnięto zakłócenia gęstości inflacyjnej.

Na koniec zauważamy, że wszystkie nasze wnioski opierają się na założeniu, że historię ekspansji naszego obserwowalnego wszechświata, przynajmniej od końca inflacji, można dokładnie opisać kanoniczną ogólną teorią względności i prostym połączeniem, nieskompaktowanym FLRW metryczny. Założenia te są zgodne z najnowszym empirycznym poszukiwaniem nietrywialnej topologii, która nie znalazła żadnych obserwowalnych sygnałów zwartej topologii dla podstawowych domen aż do wielkości powierzchni ostatniego rozproszenia.

Figa. 1. Wykres konformalny pokazujący odległość zbliżania się, w Glyr, w funkcji czasu konformalnego, w Gyr, dla przypadku, gdy zdarzenia A i B pojawiają się po przeciwnych stronach nieba widzianego z Ziemi (α = 180 °). Obserwator siedzi na Ziemi przy w obecnym czasie konformalnym . Światło jest emitowane z A w ( ) i z B w ( ); oba sygnały docierają do Ziemi wzdłuż naszego dawnego stożka świetlnego w ( ). Kierowane w przeszłości telefony świetlne ze zdarzeń emisji (czerwony i niebieski odpowiednio dla A i B) przecinają się w ( ) i nakładają się na (region purpurowy). Dla przesunięć czerwieni$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$oraz i płaską ologyCDM kosmologię z parametrami podanymi w równaniu. (11) zdarzenia są zlokalizowane w sąsiednich odległościach Glyr i Glyr, z emisją w czasach zgodności Gyr i Gyr Przeszłe telefony świetlne przecinają się przy zdarzeniu AB w Glyr w czasie Gyr, podczas gdy obecny czas to Gyr$z_B = 3$$R_{0χA} = 11.11$$R_{0χB} = 21.25$$R_{0τA}/c = 35.09$$R_{0τB}/c = 24.95$$R_{0χAB} = 10.14$$R_{0τAB}/c = 13.84$$R_{0τ0}/c = 46.20$. Pokazano również kosmiczny horyzont zdarzeń (linia oddzielająca regiony żółty i szary) oraz skierowane w przyszłość telefony świetlne ze zdarzeń A i B (cienkie linie przerywane) oraz od początku (0,0) (grube linie przerywane). W kosmologii ΛCDM, takiej jak nasza, wydarzenia w żółtym obszarze poza obecnym przeszłym stożkiem świetlnym są podobne do kosmosu, oddzielone od nas dzisiaj, ale będą widoczne w przyszłości, podczas gdy wydarzenia w szarym obszarze poza horyzontem zdarzeń są podobne do kosmosu, oddzielone od obserwatorów na Ziemi na zawsze. Dodatkowe skale pokazują przesunięcie ku czerwieni (górna oś pozioma) i czas, mierzone przez współczynnik skali, , oraz przez właściwy czas, , (prawa oś pionowa), mierzony przez obserwatora spoczywającego w ustalonym miejscu przebywania.$a(τ)$$t$

Zobacz także: „ Horyzonty przyczynowe w skaczącym wszechświecie ”, autor: Bhattacharya, Bari i Chakraborty (2017):

„ Wniosek: niniejsza praca pokazuje, że problem przyczynowości w odbijającym się wszechświecie jest nieodłącznie związany ze zrozumieniem różnych faz wszechświata podczas fazy skurczu. Ponieważ nasze rozumienie fazy skurczu jest obecnie wyłącznie spekulatywne, modele, których używamy do zilustrowania natura horyzontu cząstek pozostaje zbyt uproszczona. Obecni autorzy uważają, że chociaż problem przyczynowości w odbijaniu modeli wszechświata jest daleki od rozwiązania, niniejszy artykuł pokazuje trudności jakościowe i ilościowe, które należy pokonać w przyszłości, aby uzyskać bardziej znaczące wyniki . ”

Krótka odpowiedź: 46.9B lat świetlnych . Inna strona Wikipedii mówi: 46,6 lat świetlnych . Eksperci powyżej obliczają 46,2.

W tym artykule CNN z 2 kwietnia 2018 r. Napisano:

Naukowcy wykrywają „odcisk palca” pierwszego światła we wszechświecie ”

Po Wielkim Wybuchu fizycy uważają, że we wszechświecie panowała tylko ciemność przez około 180 milionów lat, okres znany przez naukowców jako Kosmiczne „Ciemne Wieki”.

Myślę więc, że twoją odpowiedzią może być to, że Wielki Wybuch + 180 milionów lat jest najstarszym światłem, jakie możemy zobaczyć.