Наблюдаемата Вселена: определение, радиус, граници и възраст

Научете всичко за наблюдаемата Вселена: дефиниция, радиус, граници и възраст — ключови факти, числа и обяснения за космологичното разширение.

В космологията на Големия взрив наблюдаемата Вселена е тази, която на теория може да се види от Земята. Това е светлина или други сигнали, които са имали време да достигнат Земята от началото на космологичното разширение. Наблюдаемата Вселена е сферичен обем (кълбо), чийто център е наблюдателят, независимо от формата на Вселената като цяло. Всяко място във Вселената има своя собствена наблюдаема вселена, която може да се припокрива, но може и да не се припокрива с тази, чийто център е Земята.

Думата "наблюдаем" не зависи от това дали съвременните технологии действително позволяват да се открие излъчване от обект в тази област. Тя просто означава, че по принцип е възможно светлина или други сигнали от обекта да достигнат до наблюдател на Земята. На практика има много неща, които не можем да видим. Можем да видим светлина само от времето, когато частиците за първи път са били в състояние да излъчват фотони, които не са били бързо поглъщани от други частици. Преди това Вселената е била изпълнена с плазма, която е била непрозрачна за фотоните.

Понякога астрофизиците правят разграничение между видимата Вселена, която включва само сигналите, излъчени след рекомбинацията, и наблюдаемата Вселена, която включва сигналите от началото на космологичното разширение (т.е. края на инфлационната епоха в съвременната космология). Радиусът на видимата Вселена е около 14,0 милиарда парсека (около 45,7 милиарда светлинни години), докато комовиращото разстояние до края на наблюдаемата Вселена е около 14,3 милиарда парсека (около 46,6 милиарда светлинни години), което е с около 2 % повече.

Най-добрата оценка на възрастта на Вселената към 2013 г. е 13,798 ± 0,037 милиарда години. Поради разширяването на Вселената хората наблюдават обекти, които първоначално са били много по-близки, но сега са значително по-далеч (определени по отношение на космологичното собствено разстояние, което е равно на комовиращото разстояние в момента) от статичното разстояние от 13,8 млрд. светлинни години. Диаметърът на наблюдаемата Вселена се оценява на около 28 милиарда парсека (93 милиарда светлинни години), което поставя границата на наблюдаемата Вселена на разстояние около 46-47 милиарда светлинни години.

Какво означават тези числа и защо са по-големи от възрастта на Вселената в години

Често се среща объркване: ако възрастта на Вселената е ~13,8 милиарда години, защо радиусът на наблюдаемата Вселена е ~46 милиарда светлинни години? Причината е в разширението на пространството. Светлината, която днес виждаме от най-отдалечените източници, е пътувала през пространство, което се е разширявало през цялото това време. Поради това разстоянието между източника и нас в момента (т.нар. собствено или текущо разстояние) е значително по-голямо от разстоянието, което светлината е изминала във времето (т.нар. light-travel time).

Комовиращо разстояние (comoving distance) — измерва положението на обект спрямо координатна система, разпъната върху разширяващото се пространство, така че координираните позиции на обекти, разположени в покой спрямо космическото разширение, остават постоянни. Комовиращото разстояние до ръба на наблюдаемата Вселена е около 46,6 милиарда светлинни години, което води до диаметър близо 93 милиарда светлинни години.

Последната разсейваща повърхност и космическият микровълнов фон

Най-ранният електромагнитен сигнал, който можем да наблюдаваме директно, идва от т.нар. повърхност на последното разсейване (last scattering surface) — моментът на рекомбинацията, когато електрони и протони се съчетават в неутрални атоми и фотоните се освобождават да пътуват свободно. Това се е случило приблизително 380 000 години след Големия взрив и е източникът на наблюдавания днес космически микровълнов фон (CMB). Преди рекомбинацията Вселената е била плазма, която абсорбира фотоните и е била непрозрачна за електромагнитното излъчване.

Граници: частици, хоризонти и онова, което никога няма да видим

Има няколко различни вида "хоризонти" в космологията:

• Хоризонт на частиците (particle horizon) — максималното разстояние, от което емисии от началото на Вселената биха могли да достигнат до нас досега. Това определя границата на наблюдаемата Вселена и е приблизително посочената стойност ~46 милиарда светлинни години (радиус).
• Космически събитийeн хоризонт (event horizon) — разделя събитията, чиито светлинни сигнали, ако бъдат излъчени в настоящия момент, някога ще достигнат до нас в бъдеще, от тези, които никога няма да достигнат. Поради ускореното разширение (влиянието на тъмната енергия), някои региони, които вече виждаме, ще станат недостъпни за бъдещи сигнали, а други региони никога няма да бъдат достъпни.

Наблюдаемото спрямо цялото

Наблюдаемата Вселена е само това, което може да бъде достигнато от нас чрез сигнал, движещ се със скоростта на светлината, от началото на разширението до сега. Това не означава, че вселената извън тази сфера не съществува — тя може да бъде много по-голяма или дори безкрайна. Състоянието на Вселената извън наблюдаемия обем остава недостъпно за директно наблюдение и следователно в голяма степен е въпрос на теоретични модели (например дали пространството е криволинейно, дали е затворено или отворено, дали е безкрайно и т.н.).

Практически последици

• Когато астрономите измерват червено изместване (z) на далечни галактики, те работят с понятия като светлинно време, собствено разстояние и комовиращо разстояние, за да разберат кога е била излъчена светлината и къде се намира обектът в космоса в момента.
• Поради ускореното разширение много обекти, които виждаме днес, вече се отдалечават така бързо, че техните бъдещи сигнали няма да достигнат до нас — това оформя нашето бъдеще "небесно виждане".

Кратко резюме

Наблюдаемата Вселена е сфера около наблюдателя, дефинирана от максималното разстояние, от което емисиите от началото на космологичното разширение са могли да достигнат до нас. Тази сфера има радиус от приблизително 46–47 милиарда светлинни години (комовиращо разстояние) и диаметър около 93 милиарда светлинни години. Тези стойности са по-големи от числото ~13,8 милиарда години, защото пространството се е разширявало по време на пътуването на светлината. Въпреки че можем да наблюдаваме много далеч, реалният размер и структура на Вселената извън тази наблюдаема сфера остават предмет на научни изследвания и модели.

Въпроси и отговори

В: Какво представлява космологията на Големия взрив?

Въпрос: Какво представлява наблюдаемата Вселена?

Въпрос: Колко далеч назад можем да видим светлината?

Въпрос: Каква е разликата между видимата и наблюдаемата вселена?

В: Колко голям е радиусът на видимата Вселена?

В: На колко години се изчислява възрастта на Вселената?

Търсене по буква