Наблюдаемая Вселенная - Википедия - Observable universe

Наблюдаемая Вселенная
Наблюдаемая Вселенная с Измерениями 01.png
Визуализация всей наблюдаемой Вселенной. Масштаб таков, что мелкие зерна представляют собой совокупность большого количества сверхскоплений. В Сверхскопление Девы - дом Млечного Пути - отмечен в центре, но он слишком мал, чтобы его можно было увидеть.
Диаметр8.8×1026 м или 880 Ym (28.5 Гпк или 93 Gly )[1]
Объем4×1080 м3[2]
Масса (обычная материя)1.5×1053 кг[3]
Плотность (общей энергии)9.9×10−27 кг / м3 (эквивалент 6 протоны на кубический метр помещения)[4]
Возраст13.799±0.021 миллиард годы[5]
Средняя температура2.72548 K[6]
Содержание

В наблюдаемая вселенная это сферический регион вселенная включая все иметь значение это может быть наблюдаемый из земной шар или его космические телескопы и исследовательские зонды в настоящее время, потому что электромагнитное излучение от них объекты успел достичь Солнечная система и Земля с начала космологическое расширение. Есть не менее 2 триллионов галактики в наблюдаемой Вселенной.[8][9] Предполагая, что вселенная изотропный, расстояние до края наблюдаемой Вселенной примерно одинаковый во всех направлениях. То есть наблюдаемая Вселенная имеет сферический объем (а мяч ) сосредоточен на наблюдателе. 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 другая информация от объекта, или есть ли что-то обнаруженное. Это относится к физическому пределу, создаваемому скорость света сам. Поскольку никакие сигналы не могут двигаться быстрее света, любой объект находится дальше от нас, чем свет может перемещаться в возраст вселенной (оценка на 2015 г. вокруг 13.799±0.021 миллиард годы[5]) просто невозможно обнаружить, так как сигналы еще не могли до нас добраться. Иногда астрофизики различают видимый Вселенная, которая включает только сигналы, испущенные с рекомбинация (когда атомы водорода образовывались из протонов и излучались электроны и фотоны) - и наблюдаемый Вселенная, которая включает сигналы с начала космологического расширения ( Большой взрыв в традиционных физическая космология, конец инфляционная эпоха в современной космологии).

Согласно расчетам, текущая сопутствующее расстояние - правильное расстояние, которое принимает во внимание, что Вселенная расширилась с момента излучения света - до частиц, от которых космическое микроволновое фоновое излучение (CMBR), который представляет радиус видимой Вселенной, составляет около 14,0 миллиардов парсек (около 45,7 миллиарда световых лет), в то время как сопутствующее расстояние до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14,3 миллиарда парсеков (около 46,6 миллиарда световых лет),[10] примерно на 2% больше. В радиус наблюдаемой Вселенной оценивается в 46,5 миллиардов световых лет.[11][12] и это диаметр около 28,5 гигапарсеков (93 млрд световых лет, или 8,8×1026 метра или 2,89×1027 футов), что равно 880 йоттаметры.[13] Общую массу обычного вещества во Вселенной можно рассчитать с помощью критическая плотность а диаметр наблюдаемой Вселенной - около 1,5 × 1053 кг.[14] В ноябре 2018 года астрономы сообщили, что внегалактический фоновый свет (EBL) составила 4 × 1084 фотоны.[15][16]

По мере того, как расширение Вселенной ускоряется, все наблюдаемые в настоящее время объекты в конечном итоге будут застывать 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.[17]

Вселенная против наблюдаемой вселенной

Часть серии по
Физическая космология
Изображение полного неба, полученное по данным WMAP за девять лет
Составные части· Структура
Составные части
Структура
  • Категория Категория
  • Крабовидная туманность.jpg Астрономический портал

Некоторые части Вселенной слишком далеки для испускаемого света, поскольку Большой взрыв иметь достаточно времени, чтобы достичь Земли или ее научных космических приборов и, следовательно, находиться за пределами наблюдаемой Вселенной. В будущем у света от далеких галактик будет больше времени для путешествия, поэтому станут доступны дополнительные области. Однако из-за Закон Хаббла, области, достаточно удаленные от Земли, расширяются от нее быстрее скорости света (специальная теория относительности предотвращает перемещение соседних объектов в одной и той же локальной области относительно друг друга со скоростью, превышающей скорость света, но нет такого ограничения для удаленных объектов, когда пространство между ними расширяется; видеть использование правильного расстояния для обсуждения) и, кроме того, скорость расширения, кажется, ускоряется должен темная энергия.

Предполагая, что темная энергия остается постоянной (неизменное космологическая постоянная ), так что скорость расширения Вселенной продолжает увеличиваться, существует «предел видимости в будущем», за пределами которого объекты будут никогда войти в нашу наблюдаемую Вселенную в любое время в бесконечном будущем, потому что свет, излучаемый объектами за пределами этого предела, никогда не сможет достичь Земли. (Тонкость в том, что Параметр Хаббла уменьшается со временем, могут быть случаи, когда галактика, удаляющаяся от Земли чуть быстрее, чем свет, действительно излучает сигнал, который в конечном итоге достигает Земли.[12][18]) Этот будущий предел видимости рассчитывается при сопутствующее расстояние из 19 миллиардов парсеков (62 миллиарда световых лет), если предположить, что Вселенная будет продолжать расширяться вечно, что подразумевает количество галактик, которые мы теоретически можем наблюдать в бесконечном будущем (не говоря уже о том, что некоторые из них невозможно наблюдать на практике). из-за красного смещения, как обсуждается в следующем абзаце) только в 2,36 раза больше, чем наблюдаемое в настоящее время число.[19]

Художник логарифмическая шкала концепция наблюдаемой Вселенной с Солнечная система в центре, внутреннем и внешнем планеты, Пояс Койпера, Облако Оорта, Альфа Центавра, Рука Персея, Млечный путь, Галактика Андромеды, рядом галактики, Космическая паутина, Космическое микроволновое излучение и невидимая плазма Большого взрыва на краю. Небесные тела кажутся увеличенными, чтобы оценить их форму.

Хотя, в принципе, в будущем станет доступно большее количество галактик, на практике все большее количество галактик станет чрезвычайно красное смещение из-за продолжающегося расширения; настолько сильно, что они будут казаться исчезающими из поля зрения и становиться невидимыми.[20][21][22] Дополнительная тонкость заключается в том, что галактика на заданном сопутствующем расстоянии определяется как находящаяся в пределах «наблюдаемой Вселенной», если мы можем принимать сигналы, излучаемые галактикой в ​​любом возрасте в ее прошлой истории (скажем, сигнал, отправленный из галактики только в 500 миллионов лет после Большого взрыва), но из-за расширения Вселенной может быть 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 посмотреть, как выглядела галактика через 10 миллиардов лет после Большого взрыва),[23] даже при том, что оно 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), которое меньше сопутствующего радиуса наблюдаемой Вселенной .[требуется разъяснение ] Этот факт можно использовать для определения типа космического горизонт событий расстояние от 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.[12]

Как в популярных, так и в профессиональных исследовательских статьях по космологии термин «вселенная» часто используется для обозначения «наблюдаемой вселенной».[нужна цитата ] Это может быть оправдано тем, что мы никогда не сможем узнать что-либо прямым экспериментом о любой части Вселенной, которая причинно отключен с Земли, хотя многие достоверные теории требуют, чтобы вся Вселенная была намного больше, чем наблюдаемая Вселенная.[нужна цитата ] 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 какие-либо физические границы, 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 пределах нашей наблюдаемой Вселенной представляют собой лишь крохотную часть галактик во Вселенной. Согласно теории космическая инфляция первоначально представленный его основателями, Алан Гут и Д. Казанас,[24] если предположить, что инфляция началась около 10−37 секунд после Большого взрыва, то с правдоподобным предположением, что размер Вселенной до того, как произошла инфляция, был приблизительно равен скорости света, умноженной на ее возраст, что предполагает, что в настоящее время размер всей Вселенной составляет по крайней мере 3 × 1023 (1.5 × 1034 световых лет), умноженного на радиус наблюдаемой Вселенной.[25]

Если Вселенная конечна, но безгранична, возможно также, что Вселенная меньше чем наблюдаемая Вселенная. 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.[26] утверждают, что устанавливают нижнюю границу в 27,9 гигапарсеков (91 миллиард световых лет) для диаметра последней рассеивающей поверхности (поскольку это только нижняя граница, статья оставляет открытой возможность того, что вся Вселенная намного больше, даже бесконечна) . Это значение основано на анализе круга соответствия WMAP Данные за 7 лет. Этот подход оспаривается.[27]

Размер

Сверхглубокое поле Хаббла изображение области наблюдаемой Вселенной (эквивалентный размер области неба показан в нижнем левом углу) рядом с созвездие Форнакс. Каждое место - это галактика, состоящий из миллиардов звезд. Свет от самых маленьких, самых красное смещение галактики возникли почти 14 миллиардов лет назад.

В сопутствующее расстояние от Земли до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14,26 гигапарсек (46.5 миллиард световых лет или 4,40×1026 м) в любую сторону. Таким образом, наблюдаемая Вселенная представляет собой сферу с диаметр около 28,5 гигапарсека[28] (93 миллиарда световых лет или 8,8×1026 м).[29] Предполагая, что пространство примерно плоский (в смысле быть Евклидово пространство ), этот размер соответствует сопутствующему объему около 1.22×104 Гпк3 (4.22×105 Gly3 или же 3.57×1080 м3).[30]

Цифры, приведенные выше, теперь являются расстояниями (в космологическое время ), а не расстояния во время излучения света. Например, космическое микроволновое фоновое излучение, которое мы видим сейчас, испускалось в время отрыва фотона, по оценкам, произошло около 380,000 спустя годы после Большого взрыва,[31][32] 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.[10][12] Чтобы оценить расстояние до этого вещества в момент излучения света, мы можем сначала отметить, что согласно Метрика Фридмана – Лемэтра – Робертсона – Уокера., который используется для моделирования расширяющейся Вселенной, если в настоящее время мы получаем свет с красное смещение из z, то масштаб в то время, когда был первоначально испущен свет, дает[33][34]

.

Результаты WMAP за девять лет в сочетании с другими измерениями дает красное смещение разделения фотонов как z = 1091.64±0.47,[35] что означает, что масштабный коэффициент во время разделения фотона будет1⁄1092.64. Итак, если материя, которая изначально испустила самый старый космический микроволновый фон (CMBR) фотоны имеет текущее расстояние 46 миллиардов световых лет, то во время развязки, когда фотоны были первоначально испущены, расстояние было бы всего около 42 миллионов световых лет.

Заблуждения о его размере

Пример неправильного представления о том, что радиус наблюдаемой Вселенной составляет 13 миллиардов световых лет. Эта табличка появляется на Центр Роуз Земли и Космоса в Нью-Йорке.

Многие вторичные источники сообщают о большом количестве неверных цифр для размеров видимой Вселенной. Некоторые из этих цифр перечислены ниже с кратким описанием возможных причин неправильного представления о них.

13,8 миллиарда световых лет
В возраст вселенной оценивается в 13,8 миллиарда лет. Хотя обычно считается, что ничто не может ускоряться до скорости, равной скорости света или превышающей ее, распространено заблуждение, что радиус наблюдаемой Вселенной, следовательно, должен составлять всего 13,8 миллиардов световых лет. Это рассуждение имело бы смысл только в том случае, если бы плоский статичный Пространство-время Минковского концепции специальной теории относительности были правильными. В реальной вселенной пространство-время изогнута так, что соответствует расширение пространства, о чем свидетельствует Закон Хаббла. Расстояния, полученные как скорость света, умноженная на космологический интервал времени, не имеют прямого физического значения.[36]
15,8 миллиарда световых лет
Это получено таким же образом, как и число в 13,8 миллиарда световых лет, но исходя из неправильного возраста Вселенной, о котором популярная пресса сообщила в середине 2006 года.[37][38]
78 миллиардов световых лет
В 2003 году Корнуолл и другие.[39] нашел эту нижнюю границу для диаметра всей Вселенной (а не только наблюдаемой части), постулируя, что Вселенная конечна по размеру из-за того, что она имеет нетривиальный топология,[40][41] с этой нижней границей, основанной на предполагаемом текущем расстоянии между точками, которые мы видим на противоположных сторонах космический микроволновый фон радиация (CMBR). Если вся Вселенная меньше этой сферы, то свет успел обогнуть ее с момента Большого взрыва, создав несколько изображений далеких точек реликтового излучения, которые проявились бы в виде повторяющихся кругов.[42] Корниш и др. искали такой эффект на масштабах до 24 гигапарсек (78 гли или 7,4×1026 м) и не смогли его найти, и предположили, что, если бы они могли расширить свой поиск на все возможные ориентации, они тогда «смогли бы исключить возможность того, что мы живем во Вселенной меньше 24 Гпк в диаметре». Авторы также подсчитали, что с «картами CMB с низким уровнем шума и более высоким разрешением (из WMAP расширенная миссия и от Планк ), мы сможем искать круги меньшего размера и расширить предел до ~ 28 Гпк ".[39] Эта оценка максимальной нижней границы, которая может быть установлена ​​в ходе будущих наблюдений, соответствует радиусу 14 гигапарсек, или около 46 миллиардов световых лет, примерно так же, как и радиус видимой Вселенной (радиус которой определяется Сфера CMBR), приведенную во вступительном разделе. Препринт 2012 года большинства тех же авторов, что и Cornish et al. В этой статье мы расширили нынешнюю нижнюю границу до диаметра 98,5% диаметра сферы CMBR, или примерно 26 Гпк.[43]
156 миллиардов световых лет
Эта цифра была получена удвоением 78 миллиардов световых лет в предположении, что это радиус.[44] Поскольку 78 миллиардов световых лет - это уже диаметр (в оригинальной статье Корниша и др. Говорится: «Распространяя поиск на все возможные ориентации, мы сможем исключить возможность того, что мы живем во Вселенной, размер которой меньше 24 Гпк. диаметр ", а 24 Гпк - это 78 миллиардов световых лет),[39] удвоенная цифра неверна. Об этой цифре сообщалось очень широко.[44][45][46] Пресс-релиз от Государственный университет Монтаны, где Корниш работает астрофизиком, отметил ошибку при обсуждении истории, появившейся в Обнаружить журнал, говоря "Обнаружить ошибочно сообщили, что Вселенная имела ширину 156 миллиардов световых лет, полагая, что 78 миллиардов были радиусом Вселенной, а не ее диаметром ».[47] Как отмечалось выше, 78 миллиардов также были неверными.
180 миллиардов световых лет
Эта оценка сочетает в себе ошибочную цифру в 156 миллиардов световых лет с доказательствами того, что M33 Galaxy фактически на пятнадцать процентов дальше, чем предыдущие оценки, и, следовательно, постоянная Хаббла на пятнадцать процентов меньше.[48] Цифра в 180 миллиардов получается добавлением 15% к 156 миллиардам световых лет.

Крупномасштабная конструкция

Скопления галактик, вроде RXC J0142.9 + 4438, являются узлами космической паутины, пронизывающей всю Вселенную.[49]
Карта космической паутины, созданная с помощью алгоритма слизистой плесени[50]

Обзоры неба и отображения различных длина волны группы электромагнитное излучение (особенно 21-см эмиссия ) дали много информации о содержании и характере вселенная структура. Организация структуры выглядит следующим образом: иерархический модель с организацией до шкала из сверхскопления и нити. Больше (при масштабах от 30 до 200 мегапарсек[51]), похоже, не существует непрерывной структуры, феномен, который был назван Конец величия.[52]

Стены, нити, узлы и пустоты

Реконструкция ДТФЭ внутренних частей Обзор красного смещения галактики 2dF

Организация структуры, возможно, начинается на звездном уровне, хотя большинство космологов редко обращаются к астрофизика в таком масштабе. Звезды организованы в галактики, которые, в свою очередь, образуют группы галактик, скопления галактик, сверхскопления, листы, стены и нити, которые разделены огромными пустоты, создавая обширную пеноподобную структуру[53] иногда называют «космической паутиной». До 1989 г. считалось, что вириализированный скопления галактик были самыми крупными структурами из существующих и были распределены более или менее равномерно по Вселенной во всех направлениях. Однако с начала 1980-х годов обнаруживается все больше и больше структур. В 1983 году Адриан Вебстер определил Webster LQG, большая группа квазаров состоящий из 5 квазаров. Это открытие стало первой идентификацией крупномасштабной структуры и расширило информацию об известной группировке материи во Вселенной.

В 1987 году Роберт Брент Талли определил Комплекс сверхскопления Рыбы – Кит, нить галактики, в которой находится Млечный Путь. Его диаметр составляет около 1 миллиарда световых лет. В том же году была обнаружена необычно большая область с гораздо более низким, чем среднее распределение галактик, Гигантская пустота, диаметр которого составляет 1,3 миллиарда световых лет. На основе обзор красного смещения данные, в 1989 г. Маргарет Геллер и Джон Хухра обнаружил "Великая стена ",[54] лист галактик более 500 миллионов световых лет в длину и 200 миллионов световых лет в ширину, но толщиной всего 15 миллионов световых лет. Существование этой структуры так долго ускользало от внимания, потому что она требует определения положения галактик в трех измерениях, что включает в себя объединение информации о местоположении галактик с информацией о расстоянии от красные смещения Два года спустя астрономы Роджер Г. Клоуз и Луис Э. Кампусано открыли Clowes – Campusano LQG, а большая группа квазаров размером два миллиарда световых лет в самой широкой точке, которая была самой большой известной структурой во Вселенной на момент своего объявления. В апреле 2003 г. была обнаружена еще одна крупномасштабная структура - Слоун Великая стена. В августе 2007 года в созвездии была обнаружена возможная суперпустота. Эридан.[55] Он совпадает с 'CMB холодное пятно ', холодная область в микроволновом небе, что крайне маловероятно в рамках популярной в настоящее время космологической модели. Эта суперпустота могла вызвать холодное пятно, но для этого она должна быть невероятно большой, возможно, миллиард световых лет в поперечнике, почти такой же большой, как Гигантская Пустота, о которой говорилось выше.

Вопрос, Web Fundamentals.svgНерешенная проблема в физике:
Самые большие структуры во Вселенной больше, чем ожидалось. Это настоящие структуры или случайные колебания плотности?
(больше нерешенных задач по физике)
Компьютерное моделирование изображения области космоса более 50 миллионов световых лет в поперечнике, представляющее возможное крупномасштабное распределение источников света во Вселенной - точные относительные вклады галактик и квазары непонятны.

Еще одна масштабная структура - это Протокластер SSA22, собрание галактик и огромных газовых пузырей размером около 200 миллионов световых лет.

В 2011 году была открыта большая группа квазаров, U1.11 диаметром около 2,5 миллиардов световых лет. 11 января 2013 г. еще одна большая группа квазаров - Огромный LQG была обнаружена крупнейшая из известных структур во Вселенной в то время, диаметр которой составлял четыре миллиарда световых лет.[56] В ноябре 2013 года астрономы обнаружили Геркулес – Северная Корона Великая Китайская стена,[57][58] еще более крупное сооружение в два раза больше прежнего. Он был определен отображением гамма-всплески.[57][59]

Конец величия

В Конец величия - масштаб наблюдений, обнаруженный примерно на 100Мпк (примерно 300 миллионов световых лет), где комковатость видна на крупномасштабной структуре вселенная является гомогенизированный и изотропный в соответствии с Космологический принцип.[52] В этом масштабе нет псевдослучайных фрактальность очевидно.[60]В сверхскопления и нити в небольших обзорах рандомизированный до такой степени, что гладкое распределение Вселенной становится визуально очевидным. Так было до обзоры красного смещения 90-х годов прошлого века было завершено, что этот масштаб можно было точно наблюдать.[52]

Наблюдения

"Панорамный вид всего неба в ближнем инфракрасном диапазоне показывает распределение галактик за пределами Млечный Путь. Изображение получено из 2MASS Расширенный исходный каталог (XSC) - более 1,5 миллиона галактик, а Каталог точечных источников (PSC) - около 0,5 миллиарда звезд Млечного Пути. Галактики имеют цветовую маркировку 'красное смещение 'получено из UGC, CfA, Талли NBGC, LCRS, 2dF, 6dFGS и SDSS обзоры (и из различных наблюдений, собранных Внегалактическая база данных НАСА ), или фотометрически выводится из Группа K (2,2 мкм). Синие - ближайшие источники (z <0,01); зеленые находятся на умеренном расстоянии (0,01 < z <0,04), а красный - самые далекие источники, которые разрешает 2MASS (0,04 < z <0,1). Карта проецируется с равной площадью Айтофф в Галактической системе (Млечный Путь в центре) ".[61]

Еще один показатель масштабной структуры - это 'Лиман-альфа лес '. Это собрание линии поглощения которые появляются в спектрах света от квазары, которые интерпретируются как указание на существование огромных тонких слоев межгалактических (в основном водород ) газ. Эти листы, по-видимому, связаны с образованием новых галактик.

При описании структур в космическом масштабе требуется осторожность, потому что вещи часто отличаются от того, как они выглядят. Гравитационное линзирование (искривление света под действием гравитации) может создать впечатление, что изображение исходит в направлении, отличном от его реального источника. Это вызвано тем, что объекты переднего плана (например, галактики) изгибаются вокруг пространства-времени (как предсказывает общая теория относительности ) и отклонять проходящие световые лучи. Скорее всего, сильное гравитационное линзирование может иногда увеличивать далекие галактики, что упрощает их обнаружение. Слабое линзирование (гравитационный сдвиг) промежуточной Вселенной в целом также слегка изменяет наблюдаемую крупномасштабную структуру.

Крупномасштабная структура Вселенной также выглядит иначе, если использовать только красное смещение для измерения расстояний до галактик. Например, галактики позади скопления галактик притягиваются к нему и поэтому падают к нему, и поэтому они слегка смещены в синий цвет (по сравнению с тем, как они были бы, если бы скопления не было). На ближней стороне все немного смещено в красную сторону. Таким образом, окружение кластера выглядит несколько сжатым, если использовать красное смещение для измерения расстояния. Противоположный эффект действует на галактики, уже находящиеся в скоплении: галактики совершают некоторое случайное движение вокруг центра скопления, и когда эти случайные движения преобразуются в красные смещения, скопление кажется удлиненным. Это создает "перст божий "- иллюзия длинной цепочки галактик, направленной на Землю.

Космография космических окрестностей Земли

В центре Сверхскопление Гидры-Центавра, гравитационная аномалия, называемая Великий аттрактор влияет на движение галактик в области размером в сотни миллионов световых лет. Эти галактики все красное смещение, в соответствии с Закон Хаббла. Это указывает на то, что они удаляются от нас и друг от друга, но различия в их красном смещении достаточны, чтобы показать существование концентрации массы, эквивалентной десяткам тысяч галактик.

Великий аттрактор, открытый в 1986 году, находится на расстоянии от 150 до 250 миллионов световых лет (250 миллионов - самая последняя оценка) в направлении Солнца. Гидра и Центавр созвездия. В его окрестностях преобладают большие старые галактики, многие из которых сталкиваются со своими соседями или излучают большое количество радиоволн.

В 1987 г. астроном Р. Брент Талли из Гавайский университет Институт астрономии выявил то, что он назвал Комплекс сверхскопления Рыбы – Кит, структура один миллиард световых лет в длину и 150 миллионов световых лет в поперечнике, в которые, как он утверждал, было встроено Местное сверхскопление.[62]

Масса обычного вещества

Массу наблюдаемой Вселенной часто называют 1050 тонн или 1053 кг.[63] В этом контексте масса относится к обычному веществу и включает в себя межзвездная среда (ISM) и межгалактическая среда (IGM). Однако это исключает темная материя и темная энергия. Это указанное значение массы обычной материи во Вселенной можно оценить на основе критической плотности. Расчеты производятся только для наблюдаемой Вселенной, поскольку ее объем неизвестен и может быть бесконечным.

Оценки на основе критической плотности

Критическая плотность - это плотность энергии, для которой Вселенная плоская.[64] Если нет темной энергии, это также плотность для которого расширение Вселенной балансирует между продолжающимся расширением и коллапсом.[65] От Уравнения Фридмана, значение для критическая плотность, составляет:[66]

куда грамм это гравитационная постоянная и H = ЧАС0 это текущая стоимость Постоянная Хаббла. Значение для ЧАС0, благодаря телескопу Planck Европейского космического агентства, ЧАС0 = 67,15 километров в секунду на мегапарсек. Это дает критическую плотность 0.85×10−26 кг / м3 (обычно указывается примерно 5 атомов водорода на кубический метр). Эта плотность включает четыре важных типа энергии / массы: обычное вещество (4,8%), нейтрино (0,1%), холодная темная материя (26,8%), и темная энергия (68.3%).[67] Хотя нейтрино Стандартная модель частицы, они указаны отдельно, потому что они ультрарелятивистские и поэтому вести себя как радиация, а не как материя. Плотность обычного вещества, измеренная Планком, составляет 4,8% от общей критической плотности или 4.08×10−28 кг / м3. Чтобы преобразовать эту плотность в массу, мы должны умножить эту плотность на объем, значение, основанное на радиусе «наблюдаемой Вселенной». Поскольку Вселенная расширялась 13,8 миллиарда лет, сопутствующее расстояние (радиус) сейчас составляет около 46,6 миллиарда световых лет. Таким образом, объем (4/3πr3) равно 3.58×1080 м3 а масса обычного вещества равна плотности (4.08×10−28 кг / м3) умножить на объем (3.58×1080 м3) или же 1.46×1053 кг.

Содержание вещества - количество атомов

Основная статья: Изобилие химических элементов

Если предположить, что масса обычного вещества составляет около 1.45×1053 кг как обсуждалось выше, и предполагая, что все атомы атомы водорода (что составляет около 74% всех атомов в нашей галактике по массе, см. Изобилие химических элементов ), предполагаемое общее число атомов в наблюдаемой Вселенной получается делением массы обычного вещества на массу атома водорода (1.45×1053 кг деленное на 1.67×10−27 кг). Результат примерно 1080 атомы водорода, также известные как Число Эддингтона.

Самые далекие объекты

Основная статья: Список самых далеких астрономических объектов

Самый далекий астрономический объект пока объявлено, что в 2016 году это галактика классифицирована GN-z11. В 2009 г. гамма-всплеск, GRB 090423, было обнаружено, что красное смещение 8,2, что указывает на то, что коллапсирующая звезда, вызвавшая его, взорвалась, когда Вселенной было всего 630 миллионов лет.[68] Взрыв произошел примерно 13 миллиардов лет назад,[69] поэтому в средствах массовой информации широко цитируется расстояние около 13 миллиардов световых лет (а иногда и более точная цифра - 13.035 миллиардов световых лет),[68] хотя это было бы «расстояние света» (см. Меры расстояния (космология) ), а не "правильное расстояние "используется в обоих Закон Хаббла и в определении размера наблюдаемой Вселенной (космолог Нед Райт выступает против обычного использования расстояния света в астрономических пресс-релизах на эта страница, а внизу страницы предлагаются онлайн-калькуляторы, которые можно использовать для расчета текущего надлежащего расстояния до удаленного объекта в плоской Вселенной на основе красного смещения z или время легкого путешествия). Подходящее расстояние для красного смещения 8,2 будет около 9,2 Гпк,[70] или около 30 миллиардов световых лет. Еще одним рекордсменом по наиболее удаленным объектам является галактика, наблюдаемая и находящаяся за ее пределами. Абель 2218, также на расстоянии около 13 миллиардов световых лет от Земли, с наблюдениями из Телескоп Хаббла указывает на красное смещение между 6,6 и 7,1, а наблюдения из Кек телескопы указывают на красное смещение к верхнему пределу этого диапазона, около 7.[71] Свет галактики, наблюдаемый сейчас на Земле, начал бы исходить из своего источника примерно через 750 миллионов лет после Большой взрыв.[72]

Горизонты

Основная статья: Список космологических горизонтов

Предел наблюдаемости в нашей Вселенной устанавливается набором космологических горизонтов, которые ограничивают - на основе различных физических ограничений - степень, в которой мы можем получить информацию о различных событиях во Вселенной. Самый известный горизонт - это горизонт частиц который устанавливает ограничение на точное расстояние, которое можно увидеть из-за конечного возраст вселенной. Дополнительные горизонты связаны с возможными будущими масштабами наблюдений (больше горизонта частиц из-за расширение пространства ), «оптический горизонт» на поверхность последнего рассеяния, и связанные горизонты с поверхностью последнего рассеяния для нейтрино и гравитационные волны.

Схема нашего местоположения в наблюдаемой Вселенной. (Альтернативный образ.)
Логарифмическая карта наблюдаемой Вселенной. Слева направо космические корабли и небесные тела расположены в зависимости от их близости к Земле.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Ицхак Барс; Джон Тернинг (2009). Дополнительные измерения в пространстве и времени. Springer. С. 27–. ISBN  978-0-387-77637-8. Получено 2011-05-01.
  2. ^ "объемная вселенная - Вольфрам | Альфа". www.wolframalpha.com.
  3. ^ Умножьте процентное содержание обычного вещества, указанное Планком ниже, на общую плотность энергии, указанную ниже WMAP.
  4. ^ http://map.gsfc.nasa.gov/universe/uni_matter.html 13 января 2015 г.
  5. ^ а б Planck Collaboration (2016). «Результаты Planck 2015. XIII. Космологические параметры (см. Таблицу 4 на стр. 32 pdf)». Астрономия и астрофизика. 594: A13. arXiv:1502.01589. Bibcode:2016A&A ... 594A..13P. Дои:10.1051/0004-6361/201525830. S2CID  119262962.
  6. ^ Фиксен, Д. Дж. (Декабрь 2009 г.). «Температура космического микроволнового фона». Астрофизический журнал. 707 (2): 916–920. arXiv:0911.1955. Bibcode:2009ApJ ... 707..916F. Дои:10.1088 / 0004-637X / 707/2/916. S2CID  119217397.
  7. ^ «Планковский космический рецепт».
  8. ^ Conselice, Christopher J .; и другие. (2016). "Эволюция плотности числа галактик при z <8 и его последствия ". Астрофизический журнал. 830 (2): 83. arXiv:1607.03909v2. Bibcode:2016ApJ ... 830 ... 83C. Дои:10.3847 / 0004-637X / 830/2/83. S2CID  17424588.
  9. ^ Фонтан, Генри (17 октября 2016 г.). "Как минимум два триллиона галактик". Нью-Йорк Таймс. Получено 17 октября 2016.
  10. ^ а б Готт III, Дж. Ричард; Марио Юрич; Дэвид Шлегель; Фиона Хойл; и другие. (2005). «Карта Вселенной» (PDF). Астрофизический журнал. 624 (2): 463–484. arXiv:Astro-ph / 0310571. Bibcode:2005ApJ ... 624..463G. Дои:10.1086/428890. S2CID  9654355.
  11. ^ Часто задаваемые вопросы в космологии. Astro.ucla.edu. Проверено 1 мая 2011 г.
  12. ^ а б c d Лайнуивер, Чарльз; Тамара М. Дэвис (2005). «Заблуждения о Большом взрыве». Scientific American. 292 (3): 36–45. Bibcode:2005SciAm.292c..36L. Дои:10.1038 / scientificamerican0305-36.
  13. ^ Ицхак Барс; Джон Тернинг (2009). Дополнительные измерения в пространстве и времени. Springer. С. 27–. ISBN  978-0-387-77637-8. Получено 1 мая 2011.
  14. ^ См. Раздел «Масса обычного вещества» в этой статье.
  15. ^ Прощай, Деннис (3 декабря 2018 г.). "Весь свет, который можно увидеть? 4 x 10⁸⁴ фотонов". Нью-Йорк Таймс. Получено 4 декабря 2018.
  16. ^ Сотрудничество Fermi-LAT (30 ноября 2018 г.). «Гамма-определение истории звездообразования Вселенной». Наука. 362 (6418): 1031–1034. arXiv:1812.01031. Bibcode:2018Научный ... 362.1031F. Дои:10.1126 / science.aat8123. PMID  30498122.
  17. ^ Лоеб, Абрахам (2002). «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии». Физический обзор D. 65 (4): 047301. arXiv:Astro-ph / 0107568. Bibcode:2002ПхРвД..65д7301Л. Дои:10.1103 / PhysRevD.65.047301. S2CID  1791226.
  18. ^ Расширяется ли Вселенная быстрее скорости света? (см. последние два абзаца)
  19. ^ Сопутствующее расстояние будущего предела видимости рассчитывается на стр. 8 из Gott et al. Карта Вселенной быть в 4,50 раза больше Радиус Хаббла, заданное как 4,220 миллиарда парсек (13,76 миллиарда световых лет), в то время как текущий радиус сопутствующего движения наблюдаемой Вселенной вычислен на стр. 7 в 3,38 раза больше радиуса Хаббла. Количество галактик в сфере данного сопутствующего радиуса пропорционально кубу радиуса, как показано на стр. 8 отношение количества галактик, наблюдаемых в будущем пределе видимости, к количеству галактик, наблюдаемых сегодня, будет (4,50 / 3,38)3 = 2.36.
  20. ^ Краусс, Лоуренс М .; Роберт Дж. Шеррер (2007). «Возвращение статической Вселенной и конец космологии». Общая теория относительности и гравитации. 39 (10): 1545–1550. arXiv:0704.0221. Bibcode:2007GReGr..39.1545K. Дои:10.1007 / s10714-007-0472-9. S2CID  123442313.
  21. ^ Использование крошечных частиц для ответа на гигантские вопросы. Пятница, 3 апреля 2009 г. стенограмма, Брайан Грин делает комментарий: «И на самом деле, в далеком будущем все, что мы видим сейчас, за исключением нашей локальной галактики и области галактик, исчезнет. Вся вселенная исчезнет на наших глазах, и это один из моих аргументов в пользу реального финансирования космология. Мы должны сделать это, пока у нас есть шанс ».
  22. ^ Смотрите также Быстрее света # Универсальное расширение и Будущее расширяющейся Вселенной # Галактики за пределами Местного сверхскопления больше не обнаруживаются.
  23. ^ Лоеб, Абрахам (2002). «Долгосрочное будущее внегалактической астрономии». Физический обзор D. 65 (4). arXiv:Astro-ph / 0107568. Bibcode:2002ПхРвД..65д7301Л. Дои:10.1103 / PhysRevD.65.047301. S2CID  1791226.
  24. ^ Казанас Д. (1980). «Динамика Вселенной и спонтанное нарушение симметрии». Астрофизический журнал. 241: L59 – L63. Bibcode:1980ApJ ... 241L..59K. Дои:10.1086/183361.
  25. ^ Алан Х. Гут (1997). Инфляционная вселенная: поиски новой теории происхождения космоса. Основные книги. стр.186 –. ISBN  978-0-201-32840-0. Получено 1 мая 2011.
  26. ^ Bielewicz, P .; Banday, A.J .; Горский, К. М. (2013). Auge, E .; Dumarchez, J .; Тран Тхань Ван, Дж. (Ред.). «Ограничения на топологию Вселенной». Труды XLVII Rencontres de Moriond. 2012 (91). arXiv:1303.4004. Bibcode:2013arXiv1303.4004B.
  27. ^ Мота; Ребукас; Тавакол (2010). «Наблюдаемые круги в небе в плоских вселенных». arXiv:1007.3466 [astro-ph.CO ].
  28. ^ "Вольфрам Альфа". Получено 29 ноябрь 2011.
  29. ^ "Вольфрам Альфа". Получено 29 ноябрь 2011.
  30. ^ "Вольфрам Альфа". Получено 15 февраля 2016.
  31. ^ «Семилетние наблюдения с помощью зонда Wilson Microwave Anisotropy (WMAP): карты неба, систематические ошибки и основные результаты» (PDF). nasa.gov. Получено 2010-12-02. (таблицу лучших оценок для различных космологических параметров см. на стр. 39)
  32. ^ Эбботт, Брайан (30 мая 2007 г.). "Микроволновая (WMAP) съемка всего неба". Планетарий Хайдена. Получено 2008-01-13.
  33. ^ Пол Дэвис (1992). Новая физика. Издательство Кембриджского университета. С. 187–. ISBN  978-0-521-43831-5. Получено 1 мая 2011.
  34. ^ Муханов В.Ф. (2005). Физические основы космологии. Издательство Кембриджского университета. С. 58–. ISBN  978-0-521-56398-7. Получено 1 мая 2011.
  35. ^ Bennett, C.L .; Larson, D .; Weiland, J. L .; Ярошик, Н .; и другие. (1 октября 2013 г.). "Девятилетние наблюдения зонда Уилкинсона микроволновой анизотропии (WMAP): окончательные карты и результаты". Серия дополнений к астрофизическому журналу. 208 (2): 20. arXiv:1212.5225. Bibcode:2013ApJS..208 ... 20B. Дои:10.1088/0067-0049/208/2/20. S2CID  119271232.
  36. ^ Нед Райт, «Почему не следует использовать в пресс-релизах значение времени легкого путешествия».
  37. ^ Вселенная может быть больше и старше, чем ожидалось. Space.com (7 августа 2006 г.). Проверено 1 мая 2011 г.
  38. ^ Большой взрыв отодвинут на два миллиарда лет назад - космос - 4 августа 2006 г. - New Scientist. Space.newscientist.com. Проверено 1 мая 2011 г.
  39. ^ а б c Корнуолл; Спергель; Старкман; Эйитиро Комацу (май 2004 г.) [октябрь 2003 г. (arXiv)]. «Ограничение топологии Вселенной». Phys. Rev. Lett. 92 (20): 201302. arXiv:Astro-ph / 0310233. Bibcode:2004ПхРвЛ..92т1302С. Дои:10.1103 / PhysRevLett.92.201302. PMID  15169334. S2CID  12508527. 201302.
  40. ^ Левин, Жанна (январь 2000 г.). "В космосе ли все дороги ведут к дому?". plus.maths.org. Получено 2012-08-15.
  41. ^ "Конечно ли пространство?" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-09-29. Получено 2011-09-18.
  42. ^ Доклад Боба Гарднера «Топология, космология и форма пространства», Раздел 7 В архиве 2012-08-02 в Archive.today. Etsu.edu. Проверено 1 мая 2011 г.
  43. ^ Vaudrevange; Старкманл; Корнуолл; Спергель (2012). «Ограничения на топологию Вселенной: распространение на общие геометрии». Физический обзор D. 86 (8): 083526. arXiv:1206.2939. Bibcode:2012ПхРвД..86х3526В. Дои:10.1103 / PhysRevD.86.083526. S2CID  51987819.
  44. ^ а б "SPACE.com - Вселенная измерена: мы в ширину 156 миллиардов световых лет!". 22 августа 2008 г. Архивировано с оригинал на 22 августа 2008 г.
  45. ^ Рой, Роберт. (2004-05-24) Новое исследование сверхразмеряет Вселенную - Технологии и наука - Космос - Space.com . NBC News. Проверено 1 мая 2011 г.
  46. ^ «Астрономы оценивают Вселенную». Новости BBC. 2004-05-28. Получено 2010-05-20.
  47. ^ «Ученый МГУ признан за открытия о Вселенной». 2004-12-21. Получено 2011-02-08.
  48. ^ Август 2006, Кер Тан 07. «Вселенная может быть больше и старше, чем ожидалось». Space.com.
  49. ^ «Галактический сундук с сокровищами». www.spacetelescope.org. Получено 13 августа 2018.
  50. ^ «Карта космической паутины, созданная с помощью алгоритма слизистой плесени». www.spacetelescope.org.
  51. ^ Кэрролл, Брэдли У .; Остли, Дейл А. (2013). Введение в современную астрофизику (Международное изд.). Пирсон. п. 1178. ISBN  978-1292022932.
  52. ^ а б c Роберт П. Киршнер (2002). Экстравагантная вселенная: взрывающиеся звезды, темная энергия и ускоряющийся космос. Издательство Принстонского университета. п.71. ISBN  978-0-691-05862-7.
  53. ^ Кэрролл, Брэдли У .; Остли, Дейл А. (2013). Введение в современную астрофизику (Международное изд.). Пирсон. С. 1173–1174. ISBN  978-1292022932.
  54. ^ М. Дж. Геллер; Дж. П. Хухра (1989). «Картографирование Вселенной». Наука. 246 (4932): 897–903. Bibcode:1989Sci ... 246..897G. Дои:10.1126 / science.246.4932.897. PMID  17812575. S2CID  31328798.
  55. ^ Самая большая пустота в космосе составляет 1 миллиард световых лет в поперечнике - космос - 24 августа 2007 г. - New Scientist. Space.newscientist.com. Проверено 1 мая 2011 г.
  56. ^ Уолл, Майк (2013-01-11). «Открыта самая большая структура во Вселенной». Fox News.
  57. ^ а б Хорват, I; Хаккила, Джон; Баголы, З. (2014). «Возможная структура распределения гамма-всплесков в небе на втором красном смещении». Астрономия и астрофизика. 561: L12. arXiv:1401.0533. Bibcode:2014A & A ... 561L..12H. Дои:10.1051/0004-6361/201323020. S2CID  24224684.
  58. ^ Хорват, I .; Hakkila, J .; Баголы, З. (2013). «Самая большая структура Вселенной, определенная гамма-всплесками». arXiv:1311.1104 [astro-ph.CO ].
  59. ^ Клотц, Ирэн (2013-11-19). «Самая большая структура Вселенной - это космическая головоломка». Открытие.
  60. ^ LiveScience.com, «Вселенная - это не фрактал, как показывают исследования», Натали Вулховер, 22 августа 2012 г.
  61. ^ 1 Джарретт, Т. Х. (2004). «Крупномасштабная структура в локальной вселенной: каталог галактик 2MASS». Публикации Астрономического общества Австралии. 21 (4): 396–403. arXiv:Astro-ph / 0405069. Bibcode:2004PASA ... 21..396J. Дои:10.1071 / AS04050. S2CID  56151100.
  62. ^ Уилфорд, Джон Ноубл (10 ноября 1987 г.). «Массивные скопления галактик противоречат представлениям о Вселенной» - через NYTimes.com.
  63. ^ Пол Дэвис (2006). Загадка Златовласки. Первые книги моряка. п.43–. ISBN  978-0-618-59226-5.
  64. ^ Видеть Уравнения Фридмана # Параметр плотности.
  65. ^ Мичио Каку (2006). Параллельные миры: путешествие через творение, высшие измерения и будущее космоса. Knopf Doubleday Publishing Group. п. 385. ISBN  978-0-307-27698-8.
  66. ^ Бернард Ф. Шютц (2003). Гравитация с земли вверх. Издательство Кембриджского университета. С. 361–. ISBN  978-0-521-45506-0.
  67. ^ Сотрудничество Планка (2013). «Итоги Planck 2013. XVI. Космологические параметры». Астрономия и астрофизика. 571: A16. arXiv:1303.5076. Bibcode:2014A&A ... 571A..16P. Дои:10.1051/0004-6361/201321591. S2CID  118349591.
  68. ^ а б Новая гамма-вспышка побила рекорд космического расстояния - НАСА. Science.nasa.gov. Проверено 1 мая 2011 г.
  69. ^ Больше наблюдений за GRB 090423, самым далеким известным объектом во Вселенной. Universetoday.com (28 октября 2009 г.). Проверено 1 мая 2011 г.
  70. ^ Месарос, Аттила; и другие. (2009). «Влияние на космологию астрономической анизотропии коротких гамма-всплесков». Балтийская астрономия. 18: 293–296. arXiv:1005.1558. Bibcode:2009Балта..18..293М.
  71. ^ Хаббл и Кек объединились, чтобы найти самую далекую из известных галактик во Вселенной | Пресс-релизы | ЕКА / Хаббл. Spacetelescope.org (2004-02-15). Проверено 1 мая 2011 г.
  72. ^ «Галактика - самый далекий объект в космосе». msnbc.com. 16 февраля 2004 г.

дальнейшее чтение

внешняя ссылка