Какова масса и объем наблюдаемой Вселенной?
Для нашего наблюдения доступна лишь ограниченная часть Вселенной, которую называют Метагалактикой. Каков же объем видимой Вселенной и масса всего вещества, сосредоточенного в ней?
Расчеты показывают, что ее масса составляет 10 50 тонн, или 10 53 кг. Это примерно в 100 секстиллион раз больше массы Солнца! Объём Вселенной примерно равен 3,5⋅10 80 м 3 или 350 квинвиджинтиллионов м 3 . Надо заметить, что при измерении массы вещества ученые столкнулись с большой проблемой, известной как скрытая масса. Дело в том, что ученые могут оценить массу отдельных объектов, например, звезд. Также они могут рассмотреть взаимодействие звезд друг с другом в рамках единой галактики. Казалось бы, общая масса галактики должна примерно соответствовать массе составляющих ее звезд. Однако анализ вращения галактик показывает, что это не так! Грубо говоря, галактики вращаются не так, как это предсказывается законами механики. Аналогично аномалии обнаружены и в поведении скоплений и сверхскоплений галактик.
Сегодня ученые полагают, что на звезды, планеты, спутники и иные «классические» космические объекты приходится только 0,4% массы Вселенной. Ещё 3,6% – это межгалактический газ.
Аномалии в поведении галактик можно объяснить существованием так называемой темной материи. Это вещество, которое не участвует в электромагнитном взаимодействии, то есть оно не излучает свет. Однако темная материя обладает массой и участвует в гравитационном взаимодействии. Расчеты показывают, что на темную материю приходится 22% массы Вселенной.
Ещё одна проблема космологии заключается в кривизне нашего пространства. Теория относительности устанавливает связь между кривизной Вселенной и ее массой. Наблюдения показывают, что кривизна Вселенной равна или почти равна нулю, то есть мы живем в плоском мире евклидовой геометрии. Однако масса Вселенной даже с учетом темной материи слишком мала для того, чтобы Вселенная была плоская. В результате физикам пришлось ввести дополнительное понятие «темная энергия», на которую приходится 74% массы Вселенной. Честно говоря, даже сами ученые пока не до конца понимают физический смысл этой энергии, но тем не менее им приходится учитывать это понятие в своих теориях.
Список использованных источников
Источник
Размеры Вселенной в световых годах масштаб Вселенной
Размеры Вселенной для нас непостижимо велики. Все, что нас окружает, да и мы сами – это лишь крупинки этого всеобъемлющего понятия. Да и само оно имеет не сколько астрономический, сколько философский подтекст.
К философской части вселенной относится весь существующий в природе материальный мир, который не имеет границ во времени и пространстве. Он представлен разными формами и состояниями, принимаемыми материей в результате своего развития.
Астрономической частью вселенной ученые считают все, что существует: пространство, материя, время, энергия. В нее так же входят планеты, звезды, другие все возможные космические тела. Размер Вселенной ученые могут осознать лишь частично. Да и подобрать ей точное и емкое определение исследователи не могут. Возможно, она эквивалентна Богу или иным проявлениям Высшего Разума.
Масштабы Вселенной
Чтобы хотя бы немного приблизиться к ответу на вопрос, каковы размеры Вселенной, необходимо оценить масштабы отдельных ее частей. Для человека обогнуть земной шар задача сложная, но вполне выполнимая. А теперь представьте, что наша планета по сравнению с Сатурном, как монетка в сравнении с баскетбольным мячом. А по отношению к Солнцу Земля вообще выглядит как маленькое зернышко.
Вся Солнечная система также не обладает значительной протяженностью в масштабе Вселенной. Если рассматривать пределом системы границу гелиосферы, ее протяженность составляет около 120 астрономических единиц. При этом за одну а.е. принимают расстояние, равное
150 млрд. км. А теперь представьте, что диаметр всей галактики Млечный путь, частью которой является Солнце с окружающими его планетами, равен 1 квинтиллиону километров. Это число в 18 нулями. А само скопление разных небесных тел содержит, по разным подсчетам, от 2*1011 до 4*1011 звезд, большинство из которых превосходят по размерам наше небесное светило.
И ведь Млечный путь – не единственная галактика во всем космическом пространстве. На звездном небе Земли невооруженным глазом можно рассмотреть соседние звездные скопления: Андромеду, Большое и Малое Магеллановы облака. Расстояния до них измеряется в мегапарсеках — в миллионах световых лет. И каждая из них также простирается на немыслимые для человеческого разума расстояния.
Все скопления звезд группируются в крупномасштабные объединения – группы галактик. К примеру, Млечный путь и соседние формирования входят в Местную группу диаметром около 1 мегапарсека. Представьте, для того, чтобы лучу света пройти ее из одного конца в другой, понадобится 3,2 млн. лет.
Но и эта величина не является самой большой. Группы галактик, в свою очередь, объединены в сверхскопления или суперкластер. Эти крупномасштабные вселенские структуры содержат сотни и тысячи галактических групп и миллионы звездных формирований. Так, в Суперкластере Девы, куда входит Млечный путь, расположено более 100 групп галактик. Протяженность этой структуры составляет более 200 млн. световых лет и эта лишь часть гигантского формирования Ланиакея.
Центр тяжести Ланиакеи – сверхскопление Великий аттрактор, притягивает к себе все остальные структуры этой части космического пространства. Его можно смело назвать центром Вселенной, с оговоркой, что это лишь сердцевина познанного нами космоса. Вся же Ланиакея имеет диаметр более 500 млн. световых лет. И, чтобы в окончательно осознали масштабы Вселенной, представьте, что это гигантское образование – всего лишь та малая часть космоса, которую смог обозреть и представить человек.
Видимая Вселенная и ее размеры
Видимая, или Наблюдаемая Вселенная – очень сложное понятие. По теории советского геофизика Фридмана, все космическое пространство находится сейчас в стадии расширения. При этом все его элементы отдаляются друг от друга со сверхсветовой скоростью. Относительно Земли, видимая часть вселенских просторов – это та область безграничного пространства, откуда до нас может поступать излучение. При этом сам объект, испускающий сигнал, уже мог приобрести сверхсветовую скорость удаления от нашей галактики, но излучение от него мы все еще регистрируем.
Каковы размеры Видимой Вселенной? Границей наблюдаемой части космоса является космологический горизонт. Все вселенские структуры, находящиеся за пределами этой области, испускают излучение, которое не доходит до Солнечной системы. Однако точные размеры видимой части Вселенной установить очень трудно из-за ее постоянно ускоряющегося расширения.
Если принять нашу звездную систему за центр наблюдаемой части космоса, а поверхность последнего рассеяния реликтового излучения за космологический горизонт, то вся эта сфера в диаметре будет составлять 93 млрд. световых лет. Ее составной структурой является Метагалактика — область космического пространства, доступная для изучения современными астрономическими приборами. Метагалактика однородна и изотропна, а исследователи до сих пор спорят, является ли она всей Вселенной или только ее маленькой частицей. Ее протяженность постоянно меняется из-за совершенствования технологий, использующихся астрономами.
Что такое космос и каковы его размеры
Рассказывая про размеры Вселенной, нельзя не упомянуть про понятие «космос». Под этим термином понимают часть вселенских просторов, заполненную пустотой, лежащую за пределами атмосфер и оболочек небесных тел. Космос не пустой или полый. Он заполнен межзвездным веществом, состоящим из молекул водорода, кислорода, а также ионизирующего и электромагнитного излучения. Кроме того, присутствует темная материя, о которой уже несколько веков спорят ученые. Многие из них выдвигают гипотезу о том, что эта скрытая масса — связующее звено космического пространства.
Современные астрономы, принимая за точку отсчета нашу планету, различают:
- Ближний космос. Для человека он начинается на высоте порядка 19 километров. Это линия Армстронга, где происходит закипание воды при температуре человеческого тела. У человека, находящегося на этой высоте без скафандра, начинает закипать слюна и слезы. Высота всего в 100 километров считается международным официальным рубежом, после которого начинается космическое пространство.
- Околоземный космос – считается таковым до высоты около 260 тысяч километров. Это высота, до которой сила притяжения Земли превосходит притяжение Солнца. В диапазоне этих высот совершают орбитальные полеты наши космонавты и летают различные спутники.
- Межпланетная область. На этих высотах, а точнее удалениях от Земли совершает свой полет вокруг нашей планеты ее естественный спутник –Луна. На эти расстояния летали только автоматические космические станции и астронавты НАСА при высадке на Луну в 1970 году.
- Межзвездное пространство – удаление от Земли меряется уже в миллиардах километров.
- Межгалактическое пространство, где величины удаления составляют около 5 квинтиллионов километров. Все это ничтожно учитывая размер мироздания.
Насколько огромен мир?
После всего прочитанного стоит задуматься, насколько огромен мир, в котором мы живем. Люди всего лишь микробы по сравнению только с нашей Солнечной системой, не говоря уже о галактиках и космосе. При этом размер Вселенной не мыслим. И вряд ли мы сможем когда-нибудь познать его.
Источник
Наблюдаемая Вселенная — Observable universe
Наблюдаемая Вселенная представляет собой шаровидную область Вселенной , включающую все вещества , которые могут быть наблюдаемыми с Земли или ее космическими телескопов и разведочного зондов в настоящее время, так как электромагнитное излучение от этих объектов успело достичь Солнечной системы и Земля с начала космологического расширения . В наблюдаемой Вселенной может быть 2 триллиона галактик , хотя недавно на основании новых данных New Horizons это число было оценено всего в несколько сотен миллиардов . Предполагая, что Вселенная изотропна , расстояние до края наблюдаемой Вселенной примерно одинаково во всех направлениях. То есть наблюдаемая Вселенная имеет сферический объем ( шар ) с центром в центре наблюдателя. Каждое место во Вселенной имеет свою собственную наблюдаемую Вселенную, которая может совпадать, а может и не совпадать с Вселенной с центром на Земле.
Слово « наблюдаемый» в этом смысле не относится к способности современной технологии обнаруживать свет или другую информацию от объекта или к тому, есть ли что-то обнаруживаемое. Это относится к физическому пределу, создаваемому самой скоростью света . Никакой сигнал не может распространяться быстрее света, следовательно, существует максимальное расстояние (называемое горизонтом частиц ), за пределами которого ничего нельзя обнаружить, поскольку сигналы еще не могли достичь нас. Иногда астрофизики различают видимую Вселенную, которая включает только сигналы, испущенные после рекомбинации (когда атомы водорода были сформированы из протонов, а электроны и фотоны испускались), и наблюдаемую Вселенную, которая включает в себя сигналы с начала космологического расширения ( Большой Взрыв). в традиционной физической космологии — конец инфляционной эпохи в современной космологии).
Согласно расчетам, текущее сопутствующее расстояние — надлежащее расстояние, которое учитывает, что Вселенная расширилась с момента излучения света — до частиц, от которых исходило космическое микроволновое фоновое излучение (CMBR), которое представляет собой радиус видимой Вселенной. , составляет около 14,0 миллиардов парсеков (около 45,7 миллиардов световых лет), в то время как сопутствующее расстояние до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14,3 миллиардов парсеков (около 46,6 миллиардов световых лет), что примерно на 2% больше. Таким образом, радиус наблюдаемой Вселенной оценивается примерно в 46,5 миллиардов световых лет, а ее диаметр — примерно в 28,5 гигапарсеков (93 миллиарда световых лет , или 8,8 × 10 26 метров, или 2,89 × 10 27 футов), что равно 880 йоттаметрам . Общую массу обычного вещества во Вселенной можно рассчитать, используя критическую плотность и диаметр наблюдаемой Вселенной, которые составляют около 1,5 × 10 53 кг. В ноябре 2018 года астрономы сообщили, что внегалактический фоновый свет (EBL) составил 4 × 10 84 фотонов.
По мере того, как расширение Вселенной ускоряется, все наблюдаемые в настоящее время объекты за пределами нашего локального сверхскопления со временем будут казаться застывшими во времени, излучая все более красный и тусклый свет. Например, объекты с текущим красным смещением z от 5 до 10 будут оставаться наблюдаемыми не более 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.
СОДЕРЖАНИЕ
Вселенная против наблюдаемой вселенной
Категория- Астрономический портал
Категория
Астрономический порталРазмер всей вселенной неизвестен и может быть бесконечным. Некоторые части Вселенной находятся слишком далеко, чтобы свет, излучаемый после Большого взрыва , успел достичь Земли или космических приборов, и, следовательно, они находятся за пределами наблюдаемой Вселенной. В будущем у света далеких галактик будет больше времени для перемещения, поэтому станут доступны дополнительные области. Однако из-за закона Хаббла области, достаточно удаленные от Земли, расширяются от нее быстрее, чем скорость света ( специальная теория относительности не позволяет близлежащим объектам в той же локальной области двигаться по отношению друг к другу со скоростью, превышающей скорость света, но нет такого ограничения для далеких объектов, когда пространство между ними расширяется; см. использование правильного расстояния для обсуждения), и, кроме того, скорость расширения, похоже, увеличивается из-за темной энергии .
Предполагая, что темная энергия остается постоянной (неизменной космологической постоянной ), так что скорость расширения Вселенной продолжает ускоряться, существует «предел видимости будущего», за которым объекты никогда не войдут в нашу наблюдаемую Вселенную в любое время в бесконечном будущем, потому что свет, излучаемый объектами за пределами этого предела, никогда не достигнет Земли. (Тонкость заключается в том, что, поскольку параметр Хаббла уменьшается со временем, могут быть случаи, когда галактика, удаляющаяся от Земли немного быстрее света, действительно излучает сигнал, который в конечном итоге достигает Земли.) Этот будущий предел видимости равен рассчитано на сопутствующем расстоянии 19 миллиардов парсеков (62 миллиарда световых лет), предполагая, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, что подразумевает количество галактик, которые мы можем теоретически наблюдать в бесконечном будущем (не говоря уже о том, что некоторые из них могут быть невозможно наблюдать на практике из-за красного смещения, как обсуждается в следующем параграфе), только больше, чем наблюдаемое в настоящее время число в 2,36 раза.
Хотя, в принципе, в будущем станет возможным наблюдать больше галактик, на практике все большее количество галактик будет иметь чрезвычайно красное смещение из-за продолжающегося расширения; настолько, что они будут казаться исчезающими из поля зрения и становиться невидимыми. Дополнительная тонкость заключается в том, что галактика на заданном сопутствующем расстоянии определяется как находящаяся в «наблюдаемой Вселенной», если мы можем принимать сигналы, излучаемые галактикой в любом возрасте в ее прошлой истории (скажем, сигнал, отправленный из галактики только 500 миллионов человек). лет после Большого взрыва), но из-за расширения Вселенной может наступить более поздний возраст, когда сигнал, посланный из той же галактики, никогда не достигнет Земли ни в какой точке бесконечного будущего (так, например, мы никогда не сможем увидеть, как галактика выглядела через 10 миллиардов лет после Большого взрыва), хотя она остается на том же сопутствующем расстоянии (сопутствующее расстояние определяется как постоянное во времени — в отличие от надлежащего расстояния, которое используется для определения скорости удаления из-за расширения пространства), что меньше сопутствующего радиуса наблюдаемой Вселенной. Этот факт 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, а это означает, что сигнал от события, происходящего в настоящее время, может в конечном итоге достичь Земли в будущем, если событие находится на расстоянии менее 16 миллиардов световых лет, но сигнал никогда не достигнет Земли, если событие произойдет на расстоянии более 16 миллиардов световых лет.
Как в популярных, так и в профессиональных исследовательских статьях по космологии термин «вселенная» часто используется для обозначения «наблюдаемой вселенной». Это может быть оправдано на том основании, что мы никогда не сможем узнать что-либо прямым экспериментом о какой-либо части Вселенной, которая причинно не связана с Землей, хотя многие достоверные теории требуют, чтобы вся Вселенная была намного больше, чем наблюдаемая Вселенная. Нет никаких доказательств того, что граница наблюдаемой Вселенной образует границу Вселенной в целом, и ни одна из основных космологических моделей не предполагает, что Вселенная вообще имеет какую-либо физическую границу, хотя некоторые модели предполагают, что это может быть конечный, но неограниченный, как многомерный аналог двумерной поверхности сферы, которая имеет конечную площадь, но не имеет края.
Вполне вероятно, что галактики в нашей наблюдаемой Вселенной представляют собой лишь крохотную часть галактик во Вселенной. Согласно теории космической инфляции, первоначально предложенной ее основателями Аланом Гутом и Д. Казанасом, если предположить, что инфляция началась примерно через 10-37 секунд после Большого взрыва, то при правдоподобном предположении, что размер Вселенной до произошедшая инфляция была приблизительно равна скорости света, умноженной на ее возраст, что позволяет предположить, что в настоящее время размер всей Вселенной по крайней мере в 3 × 10 23 (1,5 × 10 34 световых года) раз больше радиуса наблюдаемой Вселенной.
Если Вселенная конечна, но безгранична, также возможно, что Вселенная меньше наблюдаемой Вселенной. В этом случае то, что мы считаем очень далекими галактиками, на самом деле может быть дублированием изображений близлежащих галактик, образованных светом, который обогнул Вселенную. Эту гипотезу сложно проверить экспериментально, потому что разные изображения галактики могут показывать разные эпохи в ее истории и, следовательно, могут выглядеть совершенно разными. Bielewicz et al. утверждают, что устанавливают нижнюю границу в 27,9 гигапарсек (91 миллиард световых лет) для диаметра последней рассеивающей поверхности (поскольку это только нижняя граница, поскольку вся Вселенная, возможно, намного больше, даже бесконечна). Это значение основано на анализе 7-летних данных WMAP по кругу сопоставления . Этот подход оспаривается.
Размер
Сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14.26 гиги парсек (46,5 млрд световых лет или 4,40 × 10 26 м) в любом направлении. Таким образом, наблюдаемая Вселенная представляет собой сферу диаметром около 28,5 гигапарсек (93 миллиарда световых лет или 8,8 × 10 26 м). Если предположить, что пространство примерно плоское (в смысле евклидова пространства ), этот размер соответствует сопутствующему объему около 1,22 × 10 4 Гпк 3 ( 4,22 × 10 5 Gly 3 или 3,57 × 10 80 м 3 ).
Цифры, приведенные выше, являются расстояниями сейчас (в космологическом времени ), а не расстояниями во время излучения света. Например, космическое микроволновое фоновое излучение, которое мы видим прямо сейчас, было испущено во время разделения фотонов , которое, по оценкам, произошло примерно 380 000 лет после Большого взрыва, который произошел около 13,8 миллиарда лет назад. Это излучение было испущено материей, которая за прошедшее время в основном сконденсировалась в галактики, и теперь эти галактики находятся на расстоянии около 46 миллиардов световых лет от нас. Чтобы оценить расстояние до этого вещества в момент излучения света, мы можем сначала отметить, что согласно метрике Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера , которая используется для моделирования расширяющейся Вселенной, если в настоящее время мы получаем свет с красное смещение из г , то масштабный коэффициент в то время свет был первоначально излучаемого дается
а ( т ) знак равно 1 1 + z <\ Displaystyle \! а (т) = <\ гидроразрыва <1><1 + z>>>
.Девятилетние результаты WMAP в сочетании с другими измерениями дают красное смещение разделения фотонов как z = 1 091 0,64 ± 0,47 , что означает, что масштабный коэффициент во время разделения фотона будет 1 ⁄ 1092,64 . Таким образом, если материя, которая изначально испускала самые старые фотоны космического микроволнового фона (CMBR), имеет текущее расстояние 46 миллиардов световых лет, то во время разделения, когда фотоны были первоначально испущены, расстояние было бы всего около 42 миллионов световых лет. -годы.
Расстояние света до края наблюдаемой Вселенной — это возраст Вселенной, деленный на скорость света , 13,8 миллиарда световых лет. Это расстояние, на которое фотон, излучаемый вскоре после Большого взрыва, например фотон из космического микроволнового фона , прошел, чтобы достичь наблюдателей на Земле. Поскольку пространство-время искривлено, что соответствует расширению пространства , это расстояние не соответствует истинному расстоянию в любой момент времени.
Источник
➤ Adblockdetector