Pozorovatelný vesmír je v kosmologii , viditelná část našeho vesmíru. Jedná se tedy o kouli, jejíž hranice se nachází na kosmologickém horizontu a jejíž Země tvoří střed. Jedná se tedy o relativní představu a ostatní pozorovatelé umístění jinde ve vesmíru nebudou mít stejnou pozorovatelnou kouli (ale její poloměr bude stejný).
Vzhledem k tomu, že náš vesmír má konečný věk o 13,8 miliardy let, světlo nebeských objektů umístěných za horizontem neměl čas, aby nám dosáhnout a tyto objekty jsou proto stále neviditelný; pozorovatelný vesmír od přírody se nicméně postupem času zvětšuje: poloměr viditelného vesmíru je tedy každou sekundu větší o světlou sekundu nebo ekvivalentně o rok větší o světelný rok, a to ještě více s přihlédnutím k expanzi vesmíru .
Nejvzdálenějšími objekty v pozorovatelném vesmíru jsou také ty, které lze pozorovat v jejich nejpůvodnějším stavu, nejblíže k Velkému třesku , protože jsou to ty, jejichž světlu trvalo nejdéle, než se dostalo k pozorovateli. Jsou také vnímáni s červeným posunem, tím větší, čím dál jsou.
Pozorovatelný vesmír je definován jako cokoli, co je pozorovatelné a měřitelné, a rychlost světla jako omezující rychlost , vše, co je za kosmologickým horizontem, nelze pozorovat ani nemůže ovlivnit to, co lze pozorovat. Kosmologický princip , tedy označen za Edwarda A. Milne (1896-1950), se uvádí, že pozorovatelný vesmír je ve velkém měřítku, homogenní a izotropní . Vesmír je globálně identický ve všech směrech, světelné paprsky přicházející ze všech směrů a priori cestují stejnou vzdálenost ve stejnou dobu. Pozorovatelný vesmír v daném okamžiku je tedy koule, jejíž středem je pozorovatel a jehož poloměrem je vzdálenost uražená světelným signálem během doby existence vesmíru v daném okamžiku.
V praxi byl pozorovatelný vesmír již dlouho redukován na vesmír viditelný pouhým okem . Nyní je omezena povrchem poslední difúze, který lze definovat jako první aproximaci jako oblast vesmíru, ze které byla emitována, přibližně 380 000 let po Velkém třesku, dnes pozorované elektromagnetické záření . Hui, kosmologické rozptýlené pozadí . Jeho anizotropii mapovaly COBE , WMAP a poté Planck . Kosmologické pozadí neutrin , předpověděl již v roce 1953 by Ralph Alpher , James Follin a Robert Herman , nebyla zjištěna. Pokud jde o kosmologické pozadí gravitačních vln , jeho detekce pomocí spolupráce BICEP2 byla oznámena dne17. března 2014, je napadeno. Na druhou stranu některé oblasti pozorovatelného vesmíru nejsou viditelné. Jedná se o regiony přesahující horizontu o astrofyzikální černé díry , jako je hvězdné černé díry , vyplývající z gravitačního kolapsu z masivních hvězd , nebo supermasivních černých děr , který se nachází ve středu galaxií .
To, co můžeme pozorovat a měřit vesmír, je obraz vesmíru, nikoli skutečný vesmír, jaký existuje v době, kdy je pozorován. Tento obraz se výrazně liší od skutečného, protože se světlo šíří konečnou rychlostí a navíc v rozpínajícím se vesmíru , který je doprovázen určitými efekty:
Jako koule konečného poloměru zabírá pozorovatelný vesmír konečný objem v čase a prostoru. Jeho konečnost vyplývá ze skutečnosti, že vesmír má konečný věk a světlo prochází vakuem konečnou rychlostí . Tento objem představuje pouze zlomek vesmíru jako celku, který je potenciálně nekonečný, pokud je jeho zakřivení nulové nebo záporné. Měření kosmického rozptýleného pozadí ukazují, že prostorové zakřivení vesmíru je velmi nízké nebo nulové, a naznačují, že pozorovatelný vesmír představuje nanejvýš 2% vesmíru.
Poloměr pozorovatelného vesmíru se neustále zvyšuje v důsledku kombinované skutečnosti rozpínání vesmíru a rychlosti světla. Vzdálenosti k objektům se ale také zvětšují kvůli expanzi. Rychlost nárůstu poloměru kosmologického horizontu je
S vzdálenosti od kosmologický horizont (nebo horizontu částic , tedy ) k době při pohledu do minulosti definovaného rudý posuv , je konstanta Hubbleova v této stejné době, a s rychlostí světla . Vzorec je funkcí a nikoli vzhledem k obtížím se znalostí času nahlížet do minulosti jako funkce .
jako rychlost recese objektů umístěných na kosmologickém horizontu, z tohoto vzorce odvodíme, že každá sekunda času, která prochází, nás přiměje objevit novou hloubku prostoru 300 000 kilometrů za objekty pohybujícími se od těch rychleji a nové objekty jsou proto neustále vstupuje do pozorovatelného vesmíru a už jej nikdy neopustí. Dnes se nejvzdálenější objekty vzdalují rychlostí a poloměrem pozorovatelného vesmíru a na konci času se nejvzdálenější objekty vzdálí rychlostí směřující k nekonečnu, ale paprsek pozorovatelného vesmíru vždy je předběhněte rychlostí .
Osud vesmíru |
Červená směna |
Je čas podívat se do minulosti |
Hustota materiálu |
Hustota energie |
Poloměr pozorovatelného vesmíru |
Rychlost zvýšení poloměru |
---|---|---|---|---|---|---|
Původ vesmíru |
0 | 1 | 0 | 0 | ||
teď čas |
0 | 0,278 | 0,722 | |||
Konec času |
-1 | 0 | 1 |
Bylo by vědecky nekonzistentní ignorovat nepozorovatelnou část vesmíru pod záminkou, že ji nevidíme. Je to veškerá síla teoretických modelů, abychom byli schopni zatknout vesmír jako celek, zatímco vidíme jen jeho část. Pozice pozorovatele ve vesmíru na jedné straně ve skutečnosti nemá žádné zvláštní důsledky pro pozorování. Koperníkovská princip , tedy určený ve cti Nicolas Copernicus (1473-1543), a podle kterého Země nezabírá výsadní postavení v sluneční soustavy , byla potvrzena a rozšířena na Slunce již v roce 1609 , od Johannes Kepler ( 1571-1630), poté zobecněny od roku 1697 tím, že Isaac Newton (1643-1727). Výsledkem je princip průměrnosti , takto označený po Alexandrovi Vilenkinovi , podle kterého v pozorovatelném vesmíru neexistuje privilegovaný bod pozorování. Na druhé straně kosmologický princip , takto určený po Edwardu A. Milneovi (1896-1950), který uvádí, že pozorovatelný vesmír je ve velkém měřítku homogenní a izotropní , zajišťuje, že nepozorované části vesmíru jsou na současně kosmický , pravděpodobně podobný pozorovanému vesmíru.
Vzdálené objekty pozorovatelného vesmíru se neobjevují tak, jak jsou, ve stejném kosmickém čase jako okamžik pozorování, ale jako v okamžiku vyzařování jejich světla. Čím jsou objekty vzdálenější, tím více jsou pozorovány v mladém kosmickém čase a nejvzdálenějším astronomickým objektem, který se dnes objevuje, je kvazar ULAS J1120 + 0641 , který se jeví jako o 700 milionů let později, Velký třesk. Když však měl vlastnosti pozorované dnes, nebyl to od nás dnes nejvzdálenější pozorovatelný objekt, daleko od něj.
Ocenění stáří objektů pozorovaných ve vztahu k Velkému třesku není snadná věc a představuje hledání času pohledu do minulosti . Tento čas není přímo pozorován a musí být odvozen od posunu směrem k červené přímo měřené s ohledem na posun spektrálních čar elektromagnetického spektra pozorovaného objektu. Převod tohoto posunu na kosmologický čas závisí na použitém kosmologickém modelu , jakož i na hodnotě jeho parametrů, které jsou často špatně známé.
Astronomické objekty pozorované při velkém červeném posuvu jsou ve stejném kosmickém čase jako pozorování, čím vzdálenější, tím větší je jejich červený posun. Je to vzdálenost k příjmu světla, která je větší než rychlost světla vynásobená věkem objektu, vzhledem k rozpínání vesmíru. Nemůžeme vědět, jak tyto objekty vypadají v této době a v této vzdálenosti.
Na druhou stranu vidíme tyto objekty tak, jak byly v době vyzařování jejich světla, kde byly ve vzdálenosti blíže k pozorovateli, to je vzdálenost k vyzařování . Vzdálenost k emisi se zvyšuje s červeným posunem u malých směn, prochází maximální hodnotou a poté se snižuje u velkých směn. Ve vesmíru modelovaném podle metriky FLRW je omezující rudý posuv, po kterém se vzdálenost k emisím zmenšuje, z = 5/4 = 1,25, což představuje vzdálenost zhruba 5 miliard let. - světlo. Jinými slovy, nemůžeme pozorovat objekty, které byly od nás vzdáleny více než 5 miliard světelných let, když byly takové, jaké se objevují dnes. Kosmické difuzní pozadí jsou na velmi vysoké rudého posuvu, část prostoru, který vygeneroval tyto fotony byl zvláště blízko nás v době emise: asi 40 milionů světelných let.
Věk vesmíru se odhaduje, v červnu 2014, na přibližně 13800000000rok [13,798 (± 0,037) x 10 9 let]. Světlo vyzařované hvězdou nemohlo cestovat déle než 13,8 miliardy let. Následkem toho bude světlo přicházející z nejvzdálenějších objektů, které můžeme detekovat, na hranici pozorovatelné části našeho vesmíru, trvat 13,8 miliardy let, než se k nám dostane. Během této doby bude světlo cestovat 13,8 miliard světelných let, a proto toto číslo pohodlně fixuje komobilní vzdálenost pozorovatelné části našeho vesmíru.
Jde o další otázku, jak daleko jsou geometricky objekty, ze kterých přijímáme světlo, 13,8 miliardy let poté, co je emitovaly. K určení této vzdálenosti je nutné přijmout model vesmíru a znalost rychlosti rozpínání prostoru odvodit vzdálenost, od které se uvažovaný objekt vzdálil od emise fotonů . Podle standardního modelu kosmologie je aktuální vzdálenost od kosmologického horizontu řádově 46,5 miliardy světelných let. Průměr z pozorovatelného vesmíru je odhadováno na zhruba 93000000000 světelných roků, nebo 8,8 x 10 23 km (8,8 x 10 26 m ), nebo 880,000 miliard kilometrů.
Proto nemůžeme pozorovat objekty umístěné na kosmologickém horizontu v jeho aktuální vzdálenosti. Teoreticky můžeme pozorovat objekty pouze do vzdálenosti od kosmického rozptýleného pozadí , 380 000 let po Velkém třesku , kdy se Vesmír dostatečně ochladil, aby umožnil elektronům spojit se s atomovými jádry , což způsobilo zastavení Comptonova efektu okolních fotonů, tedy umožňující fotonům přežít dostatečně dlouho, aby se dostaly na Zemi . Bylo by však (teoreticky) možné získat informace z doby před touto dobou díky detekci gravitačních vln nebo „fosilních“ neutrin . Ty dosud nebyly detekovány a pokoušíme se zvýraznit gravitační vlny Velkého třesku, zejména experimentem BICEP , který však nepřinesl přesvědčivé výsledky.
Zde jsou tři způsoby, jak odhadnout ekvivalent energie v přítomné části pozorovatelné části našeho vesmíru v množství hmoty. Vedou k celkovému počtu atomů řádově 10 80 v kulatých číslech.
K dnešnímu dni (březen 2016) by nejvzdálenější galaxií, kterou kdy pozorovali, byla GN-z11 v souhvězdí Velké medvědice , vzdálené 13,4 miliardy světelných let, pravděpodobně vytvořené jen 400 milionů let po Velkém třesku.
Ostatní nejvzdálenější galaxie dosud pozorované by byly: