Как далеко можно увидеть вселенную

modcos.com

Форум посвященный проблемам современной космологии

Список форумов‹Обсуждение задач‹Парадоксальные вопросы космологии
Изменить размер шрифта
Для печати

FAQ
Регистрация
Вход

Как далеко можно видеть во Вселенной.

den » 05 янв 2011, 16:54

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

den » 05 янв 2011, 17:00

Горизонт частиц ограничивает причинно связанную область Вселенной, которую наблюдатель в принципе может видеть в данный момент

По определению, горизонт частиц
$$
L_

(t) = a(t)\int\limits_<0>^t\frac.
$$
где
$a(t) = A^<1/3>\sinh ^<2/3>\left( t/\right)$
и
$t_\Lambda \equiv \frac<2><3>\left(H_0 \right)^<-1>\left( \Omega _<\Lambda 0>\right)^< - 1/2>\simeq 10.768 \cdot 10^<9>$ лет.
$t_0 = t_\Lambda Arth\sqrt <\Omega _<\Lambda 0>>\simeq 13.7 $ Млрд. лет
$A \equiv \frac<\Omega_><\Omega _<\Lambda 0>> =
\frac<1 - \Omega _<\Lambda 0>><\Omega _<\Lambda 0>> = 0.37$
Подставляя все числа и интегрируя получим
$L_

(t_0) = 47.563\cdot 10^9$ световых лет.
Физически это связанно с тем, что за то время, которое свет шел к нам, Вселенная успела расширится. И, следовательно, мы можем видеть значительно дальше, чем возраст Вселенной $ct_U$.

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

Timi » 10 май 2011, 12:57

Несколько уточню формулировку результирующего акцента.

И, следовательно, мы можем «видеть» значительно дальше, чем возраст Вселенной $ct_U$.

И даже в этом случае, даже если взять слово видеть в кавычки, то и это так же крайне не корректно.

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

Alia » 10 май 2011, 14:22

Timi писал(а): И, следовательно, мы можем «видеть» значительно дальше, чем возраст Вселенной $ct_U$.

И даже в этом случае, даже если взять слово видеть в кавычки, то и это так же крайне не корректно.

Почему, даже если взять слово “видеть” в кавычки, то и это крайне не корректно?

Горизонт частицы в космологии — граница, отделяющая область пространства, к-рую в данный момент может видеть наблюдатель, от области, принципиально для него не наблюдаемой.

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

Munin » 10 май 2011, 17:51

Это верно, если сделать акцент на «причнно-связанную». Но видеть вообще мы можем гораздо дальше, чем причинно-связанную область. (Всё это с точки зрения классической космологии, которой вы далее всюду пользуетесь. С этим связана и проблема горизонта классической космологии. Инфляционная космология решает эту проблему, но в ней, соответственно, совершенно иначе выглядит горизонт частиц.)

den писал(а): По определению, горизонт частиц
$$
L_

(t) = a(t)\int\limits_<0>^t\frac.
$$

А вот эта формула к горизонту частиц не подходит, зато совершенно корректно описывает видимую область Вселенной. Дальнейший расчёт, соответственно, тоже требует переименования (но в остальном верен).

Впрочем, есть и другой вариант прочтения ваших формулировок, требующий другой коррекции. Возможно, вы имели в виду именно его. А именно:
«Горизонт частиц, взятый в данный момент , ограничивает область Вселенной, причинно-связанную в данный момент . Наблюдатель может видеть объекты из этой области в прошлом ( когда они ещё не входили в горизонт частиц ). По случайному совпадению , именно эта область ( взятая в разные моменты времени ) есть область, принципально видимая наблюдателем. ( Во Вселенной нефридмановской формы этого совпадения бы не было, и с учётом флуктуаций это совпадение примерное. )»

Тогда формула верна (для горизонта частиц в данный момент).

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

Munin » 10 май 2011, 18:00

Alia писал(а): Горизонт частицы в космологии — граница, отделяющая область пространства, к-рую в данный момент может видеть наблюдатель, от области, принципиально для него не наблюдаемой.

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

Alia » 10 май 2011, 19:20

Помогите интерпретировать диаграмму.

Красная линия это линия объекта пустившего к нам свет в момент t=0 (мы находимся на левой вертикальной линии). Свет от него по жёлтой линии попал к нам сейчас

13 милли. лет от начала. На момент приёма света от этого объекта расстояние до него

46 миллиардов. свет. лет. Свет от других объектов (линии которых лежат ниже красной линии) мы ещё не видим. Потому что линия ГЧ ещё не пересекла линии этих объектов на момент

13 миллиардов лет.

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

Munin » 11 май 2011, 00:44

Начнём с того, что эта диаграмма — самя неудобная для анализа. Самые удобные — остальные, в координатах Comoving Distance / Proper Time и Comoving Distance / Conformal Time. Только на них видна в достаточных подробностях область вокруг начальной точки. Это как переход к более удобной карте у южного полюса.

Итак, присмотримся:

Здесь линии уже не путаются. Горизонт частиц (пространственно-временной) обозрачен пунктиром. Мировая линия объекта, достигшего этого горизонта к настоящему моменту (точнее, горизонт его достиг), которая у вас красная — это правая сплошная вертикальная линия. Наконец, световой конус прошлого от наблюдателя в текущий момент, который у вас жёлтая линия — это тонкая сплошная наклонная линия слева сверху вправо вниз.

Итак. Вопрос в том, что объект — хозяин красной линии одновременно обладает двумя свойствами: он выходит из нижней точки пересечения светового конуса с сингулярностью (на этом рисунке видно всё ещё плохо), и он входит в верхнюю точку пересечения горизонта частиц с текущим моментом. Это совпадение . Почему так? Потому что если бы мы жили на самом деле на этом объекте — хозяине красной линии, картинка бы сдвинулась в симметричное положение. И световой конус, и горизонт частиц — 4-поверхности, распространяющиеся со скоростью света, поэтому бы они перешли одна в другую. (Точнее, линии переходят, на нашем рисунке, а поверхности — нет, из-за ещё двух пространственных измерений: световой конус сходится, а горизонт частиц расходится.) Таким образом, это совпадение из-за того, что Вселенная однородна . В космологии положение об однородности Вселенной вводится в самом начале, перед построением моделей Фридмана, и поэтому всем очень привычно — но на самом деле оно не абсолютно. Оно работает только до тех пор, пока его подтверждают наблюдательные данные. Недавно предлагались другие идеи относительно строения Вселенной в целом: как футбольный мяч (пространство Пуанкаре), как дудочка. Вроде бы, их всех зарезали более точные наблюдения CMB, но всё равно надо помнить, что на чём основано. Стоит Вселенной перекоситься, и совпадения не будет.

Ещё напоследок всё-таки Вселенная в координатах Comoving Distance / Conformal Time (совпадение легко проследить пальцем, хотя вертикальной линии и не нарисовано):

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

onight » 11 май 2011, 09:47

Можно Вас попросить подробнее пояснить проявление однородности Вселенной в данном случае? Что значит одновременно обладать свойствами выходить из нижней точки пересечения светового конуса с сингулярностью и входить в верхнюю точку пересечения горизонта частиц с текущим моментом? Разница во времени между этими событиями 13.75 Млрд. лет. В чем тогда совпадение ? Если бы я жил на объекте-хозяине красной линии, то свет испущенный от меня в направлении Вас был бы для меня горизонтом событий, а для Вас — световым конусом.

Re: Как далеко можно видеть во Вселенной.

Alia » 11 май 2011, 15:16

Кажется нет. Этот свет определял бы для Вас горизонт частиц (в модели однородной вселенной, если я Munin-а правильно поняла).

Пусть здесь линия 0 это Ваша линия.

Источник

Эти невероятные расстояния: подборка самых далёких объектов во Вселенной!

Легко ли вам представить расстояние от своего города до соседнего? Возможно, эта задача не будет выглядеть столь сложной. А теперь попробуйте вообразить расстояние до другого континента – получилось? Несомненно, тот, кто совершал авиаперелёты, тоже справится достаточно легко с этой задачей, но как насчёт того, чтобы представить себе путь до другой планеты? Так, чтобы долететь до Марса, «в дороге» придётся провести примерно 7 месяцев, а если задумать экскурсию на Плутон, то придётся потратить 9 лет своей жизни на это путешествие – и это только в один конец, да и на орбите сего холодного и сумрачного мира Солнечная система не заканчивается. Граница Солнечной системы лежит там, где гравитация нашей звезды сильнее гравитации соседних звезд (сфера Хилла). В случае нашего светила ее радиус — примерно два световых года. Грубо говоря, это 19 триллионов километров. Можете себе теперь вообразить это расстояние? И даже самое удачное творение рук человеческих – американский зонд «Вояджер-1», запущенный в 1977 году и считающийся самым быстрым объектом (его скорость равна примерно 60 000 км/ч), до сих пор не добрался до этого рубежа. Возможно ли нашему разуму вообразить границы нашего родного дома в космосе.

Вселенная огромна, а границы гелиосферы – это всего лишь капля в её безграничном молчании. Чтобы понять, насколько далеко от нас находится тот или иной объект, используют космологическое красное смещение. Замеры проводят способами спектроскопии – это самый на данный момент точный и надёжный метод. Сейчас известно о нескольких галактиках, которые по своему возрасту являются почти ровесницами нашей Вселенной, то есть, им почти 13 миллиардов лет! Они могли родиться в то время, когда после Большого взрыва прошло примерно 440 миллионов лет. В этот момент во Вселенной рождались первые звёзды, а вещество собиралось в отдельные, обособленные друг от друга скопления. Вот некоторые из самых древних и далёких объектов:

Z8 GND 5296

Её нашли астрономы из Техасского университета в 2013 году в созвездии Большой Медведицы. Галактика обладает одним из наибольших зарегистрированных значений красного смещения. По предварительным оценкам, свет от этой галактики достигает Земли приблизительно за 13,1 млрд. лет, но, учитывая тот факт, что Вселенная расширяется, в настоящее время эта галактика должна обитать на расстоянии в 30 млрд световых лет от Земли. Исходя из современных представлений о возрасте Вселенной, излучение из этой галактики, наблюдаемое нами сегодня, было испущено, когда Вселенной было всего около 700 млн лет, то есть, именно в этом новорождённом состоянии мы и наблюдаем её в данный момент. Изучая этот древний объект, учёные сравнивают процессы звёздообразования в ней и в нашем Млечном Пути. Так, в Млечном Пути рождается примерно одна новая звезда в год. В Z8 GND 5296 все идёт намного интенсивнее – 300 новых звёзд в год!

EGS – ZS8-1

Первая вышеупомянутая галактика носила почётный титул самой древнейшей галактики недолго – уже в 2015 году учёным удалось обнаружить ещё более раритетный космический объект – галактику EGS – ZS8-1. Свет от этой галактики до Земли шёл ещё дольше — 13,130 млрд лет. Расположена она в созвездии Волопаса. Излучение, доходящее от неё до Земли, было испущено не позднее чем через 5 % времени существования Вселенной. Впервые замечена в телескоп «Хаббл», подтверждение существования было получено с помощью спектрометра MOSFIRE в обсерватории Кека на Гавайях. С учётом расширения Вселенной, расстояние от Земли до этой галактики 30, 1 миллиард световых лет. Однако она – «малышка» по сравнению с нашим Млечным Путём – её масса составляет всего 15 % от массы нашей галактики. Сформировалась она примерно через 670 миллионов лет после Большого взрыва. Звёзды в ней рождаются примерно в 80 раз быстрее, чем у нас. В те далёкие времена водород во Вселенной только-только начинал ионизировать, а этому процессу способствовали рождающиеся молодые звёзды в подобных галактиках.

A2744-YD4

А этот старожил обитает в созвездии Скульптора (Южное полушарие). Эта галактика по истине уникальна. Её наблюдение стало возможным только благодаря эффекту гравитационного линзирования: она находится за гигантским скоплением галактик Abell 2744, которое увеличило изображение более отдалённой галактики A2744-YD4 в 1,8 раза.

Обнаружить её удалось лишь с помощью комплекса радиотелескопов ALMA в 2017 году. Красное смещение составляет 8,38, то есть с Земли мы наблюдаем эту галактику в момент, когда возраст Вселенной составлял всего 600 миллионов лет.

Источник

Как далеко можно увидеть в телескоп

Телескоп – величайшие изобретение человечества. Через телескоп человек имеет возможность увидеть и рассмотреть объекты, расположенные на расстоянии многих тысяч километров. Кроме того, телескопы позволили сделать много научных открытий, навсегда изменив представление людей о Вселенной.

Изобрел первый телескоп Галилео Галилей, еще в 1609 году. И хотя телескоп Галилея имел малые размеры и слабую оптику, он позволил сделать не одно научное открытие. Например, удалось обнаружить пятна на Солнце, увидеть 4 спутника планеты Юпитер, а также горы на поверхности Луны.

Со временем наука двигалась вперед, совершенствовались и телескопы. И спустя 400 лет, современное телескопическое оборудование дает людям возможность увидеть гораздо больше.

Но как далеко можно заглянуть в космос? На каком расстоянии телескоп может видеть другие планеты и галактики? И всю ли Вселенную можно увидеть с его помощью?

Ответы на эти вопросы напрямую зависят от того, какой телескоп используется для наблюдения. Современные телескопы можно условно поделить на две большие группы: любительские телескопы и космические телескопы.

Если говорить о любительских телескопах, то с их помощью человек может наблюдать за космическими объектами удаленностью более 1200 миллионов километров.

Например Луна находится на расстоянии всего 380 тысяч километров. Современные телескопы позволяют увидеть многочисленные кратеры, горы и борозды на ее поверхности. А если использовать увеличение телескопа по максимуму, то Луна попросту не поместится целиком в поле зрения.

Так же любительские телескопы позволяют наблюдать за Солнцем, примерно 150 миллионов километров от поверхности Земли. Однако, тут стоить помнить о необходимости использовать специальные фильтры, которые защитят глаза от сильного излучения звезды. На Солнце через телескоп человек может наблюдать за солнечными пятнами, которые меняются каждый день.

Любительские телескопы позволяют людям видеть и более отдаленные объекты, например, планеты нашей солнечной системы. Практически с помощью любого телескопа можно увидеть Сатурн и его кольца. А это между прочим около 1280 миллионов километров от Земли.

Что же касается космических телескопов и обсерваторий, то их возможности позволяют людям увидеть гораздо больше, чем любительские. Так, например, орбитальный телескоп Хаббл позволяет увидеть галактики, расположенные в миллиардах световых лет от Земли.

Так ученым удалось с помощью телескопа Хаббл открыть новую галактику GN-z11 . Расстояние до галактики составляет 13.4 миллиарда световых лет, и 400 миллионов световых лет от Большого взрыва. Галактика расположена в направлении созвездия Большой Медведицы.

Но современные космические телескопы позволяют ученым увидеть и более далекие объекты. Например, реликтовое излучение — самый отдаленный объект, который может зафиксировать телескоп.

Однако, даже с помощью современных космических телескопов люди видят далеко не всю Вселенную. Ученые считают, теоретически существует некоторый предел, дальше которого ничего увидеть невозможно.

Существует сфера Хаббла — часть Вселенной, вокруг наблюдателя. За пределами этой сферы скорость удаления объектов от наблюдателя превышает скорость света. А так как Вселенная расширяется быстрее сферы Хаббла, то со временем объекты выходят за пределы сферы. Соответственно свет от них перестает поступать в поле зрения наблюдающего. То есть наблюдатель уже никогда не увидит то, что ушло за этот горизонт.

Горизонт представляет собой сферу, радиус которой составляет 46 миллиардов световых лет. Нам для наблюдения доступна сфера с диаметром 93 миллиарда световых лет. И даже имея современные телескопы, такие как Хаббл, Джемини и телескопы Магеллана, люди могут увидеть только малую часть Вселенной.

Источник