Сколько лет старейшему свету, видимому с Земли?

Поскольку свет может двигаться только так быстро, весь свет, который мы видим на небе, был испущен в предыдущий момент времени. Так что, если, например, мы видим сверхновую звезду или какое-то другое великое звездное событие, к тому времени, когда мы его увидим, это может быть уже давно. Это сделало меня немного любопытным, какой самый древний свет, который мы можем видеть с Земли?

Предположительно, Вселенной около 13 + миллиардов лет, но мы, вероятно, не на самом краю известной вселенной, поэтому всему свету, который мы видим, вероятно, меньше 13 миллиардов лет. Так какой же самый старый свет мы видим? и как дополнительный дополнительный вопрос, как мы узнаем возраст этого света?

Я полагаю, что сам свет на самом деле не может быть буквально «старым», но вполне вероятно, что то, о чем я здесь спрашиваю, очевидно, говоря иначе: какое самое длинное расстояние, которое излучаемый видимым светом Земля прошел, достигло Земли? Хотя эта реформация вопроса связана с эффектами линзирования.

Самый старый свет во вселенной - космический микроволновый фон . Примерно через 380 000 лет после Большого взрыва протоны и электроны "рекомбинировали" ¹ в атомы водорода. До этого любые фотоны рассеивались от свободных электронов в плазменном пространстве, и Вселенная была по существу непрозрачной для света. Однако, как только произошла рекомбинация, фотоны смогли «отделиться» от электронов и беспрепятственно перемещаться в пространстве. Это реликтовое излучение все еще наблюдается сегодня; это было красное смещение и охлаждение.

Мы можем обнаружить свет от очень далеких объектов, и у нас есть. Имеет больше смысла говорить о расстоянии с точки зрения красного смещения ; чем больше красное смещение, тем дальше находится объект. Существует ряд объектов с чрезвычайно высоким красным смещением, некоторые из которых подтвердили свои измерения, а другие - нет. Кандидаты включают

• MACS0647-JD (красное смещение $z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$ ), очень далекая галактика.
• UDFj-39546284 (красное смещение от $z=10$ до $z=12$ ), другая галактика или протогалактика (хотя ее расстояние не определено, а ее точная природа оспаривается).
• GN-z11 (красное смещение $z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$ ), очень светящаяся далекая галактика.

Однако все эти объекты сформировались бы через несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва, поэтому свет, который мы видим от них, намного «моложе», чем свет космического микроволнового фона.

^{1 Мне никогда не нравилось использование в этом контексте, так как это было первое объединение; «Ре» вводит в заблуждение.}

Какой самый старый свет, который мы можем видеть?

Космический микроволновый фон считается самым старым электромагнитным излучением, обнаруживаемым нами. Он находится в микроволновом спектре, поэтому его нельзя увидеть невооруженным глазом, но он улавливается "радиотелескопами". Мы называем это «свет» в широком смысле.

Один замечательный аспект об этом фонового излучения является его почти равномерность во всех направлениях. Астрономы полагают, что единообразие слишком велико, чтобы источник был такой большой вещью, как огромный воздушный шар ... но это было бы так, если бы все было на самом деле так далеко друг от друга, как кажется.

Если бы он был действительно таким большим, как кажется, потребовалось бы вдвое больше возраста вселенной, чтобы одна сторона была затронута другой стороной! Вместо этого астрономы считают, что то, что мы видим, было очень маленьким телом, которое стало больше; Вот почему он выглядит одинаково в каждом направлении. Некоторая часть роста называется метрическим расширением пространства и имеет иной смысл, чем обычный рост.

Как мы узнаем возраст этого света?

Возраст космического фонового света может быть определен только косвенным путем, сначала узнав, как давно произошел Большой Взрыв, а затем выяснив, когда свет излучался в ходе Большого Взрыва.

Сравнивая скорость, с которой кажется, что все становится больше, с тем, насколько все кажется большим, точно так же, как вы можете оценить, сколько времени потребуется, чтобы добраться до места с учетом скорости дороги и расстояния, мы вычисляем постоянной Хаббла . Это помогает нам рассчитать, как давно произошел Большой взрыв.

Кроме того, существуют определенные «звуковые волны» ( барионные акустические колебания ), где старые вещи, которые мы видим, в том числе космический микроволновый фон, становятся ярче и тусклее с ритмом, как маятник часов. Они могут быть измерены либо влево-вправо (для движущихся вещей), либо путем мониторинга видео (для стационарных вещей). Измерение этих ритмов и сравнение их с постоянной Хаббла также помогает вычислить, как давно произошел Большой взрыв.

Наконец, микроволновый фон обладает физическими качествами (такими как температура и плотность), которые позволяют нам определить, когда он излучался во время расширения и охлаждения Большого взрыва. Совместно используя все эти расчеты, мы получаем возраст космического микроволнового фонового света.

Астрономы считают, что этот комбинированный расчет (называемый «LCDM», «Lambda-CDM» или «Космология большого взрыва») очень хорош, потому что что разные числа в основном совпадают * . Они были рады сообщить о более хороших результатах еще в 2018 году, когда закончилось исследование под названием «Обзор темной энергии». Тем не менее, поскольку LCDM включает в себя определенные допущения, которые никогда не могут быть проверены, и поскольку по-прежнему существуют некоторые необъяснимые расхождения, мы не знаем, будет ли лучше другой вид расчета, при условии, что он все еще соответствует измерениям.

Откуда мы знаем, что это самый старый свет?

Только думая о физических качествах космического микроволнового фона и думая о том, когда во время Большого взрыва он, должно быть, испустил свой свет, астрономы определили его как самый старый возможный свет во вселенной, более старый, чем любые звезды или галактики. Это не говорит нам, сколько лет само по себе; на самом деле, астрономы всегда следят за тем, чтобы это не был просто слой пыли на телескопе!

Как далеко находится космический микроволновый фон?

Это действительно сложный вопрос. Согласно Космологии Большого взрыва, космический микроволновый фон не был «где-то», а был повсюду. И расстояние, которое он прошел с момента Большого взрыва, отличается от времени, умноженного на скорость света, из-за метрического расширения пространства. Это результат релятивистского сокращения длины из-за скорости, с которой все движется.

Является ли наблюдаемая вселенная моложе большей вселенной, если предположить, что она существует?

Вычисление времени от Большого взрыва до настоящего времени дает тот же результат, рассматриваете ли вы нашу наблюдаемую вселенную или большую вселенную, которая может существовать. Вот почему возраст "нашей" вселенной совпадает с возрастом "этой" вселенной.

* Некоторые различные исследования по определению постоянной Хаббла дали космологам паузу ( ссылка 1 , ссылка 2 ); в зависимости от того, какую часть вселенной вы смотрите, она может быть близкой к 67 или ближе к 73 в стандартных единицах.

Ученые обнаружили галактику под названием GN-z11 (уже упоминавшуюся в HDE 226868 ), которая существовала всего через 400 миллионов лет после Большого взрыва, или около 13,3 миллиардов лет назад:

Самая дальняя галактика все же разбивает рекорд космической дистанции

Об открытии звезды 10 миллиардов лет было объявлено на прошлой неделе:

Хаббл видит самую дальнюю звезду

Вот список отдаленных астрономических объектов в Википедии .

Вы задали два вопроса, используя семантику:

• "Сколько лет старейшему свету, видимому с Земли?"

От ответа @ Pela на: Почему существует разница между горизонтом космических событий и возрастом вселенной? - Таким образом, через ~ 100 миллионов лет самый дальний свет достигнет нас, с расстояния более 116 миллионов световых лет.

16 Гли, что расстояние до горизонта событий сегодня является своего рода совпадением. Это не имеет ничего общего с возрастом Вселенной. Это зависит только от будущего расширения Вселенной, которое, в свою очередь, зависит от плотности компонентов Вселенной (Ωb, ΩDM, ΩΛ и т. Д.). Если бы во Вселенной господствовала материя (или радиация), то не было бы горизонта событий: ни одна галактика, даже очень далекая, не была бы для нас видимой, если бы у нас просто было терпение ждать. Галактика в 10 000 миллиардов световых лет отсюда? Просто подождите достаточно долго (точно, сколько времени зависит от фактической плотности).

Однако в нашей Вселенной доминирует темная энергия, которая ускоряет расширение без границ. Это, к сожалению, означает, что свет, уходящий сегодня из галактики в 17 Гли, будет унесен расширением быстрее, чем сможет двигаться к нам. Напротив, свет, излучаемый сегодня из галактики в 15 Гли, будет двигаться в нашем направлении, но, тем не менее, первоначально будет удаляться от нас из-за расширения. Тем не менее, его путешествие к нам делает эту скорость расширения все меньше и меньше (поскольку скорость расширения увеличивается с расстоянием от нас), и через некоторое время она продвинется так далеко, что преодолеет расширение и начнет уменьшать свое расстояние от нас и в конце концов достигните нас после 100 млрд. лет или около того

• «Я полагаю, что сам свет на самом деле не может быть буквально« старым », но вполне вероятно, что то, о чем я здесь спрашиваю, очевидно, говоря иначе: какое самое длинное расстояние, которое излучает видимый сейчас земной свет, достигло Земли? вопрос запутывается с эффектами линзирования? "

Да, это совершенно другой вопрос ...

См. Одну из самых ранних работ: « Расширение путаницы: распространенные заблуждения о космологических горизонтах и ​​сверхсветовое расширение Вселенной». Дэвиса и Линьюивера (2003 г.) ».

Новые работы:

« Общие причинно-следственные связи и будущее космологических событий », Фридман, Кайзер и Галликкио (2013).

« Вывод: ... Хотя наблюдаемые пространственные плотности галактик, скоплений и, следовательно, квазаров, как полагают, отражают корреляции, установленные во время инфляции, остается открытым вопрос, будут ли события эры инфляции в определенных сопутствующих местах - где позднее образовались галактики-хозяева квазара - может привести к наблюдаемому корреляционному сигналу между парами возможных событий излучения квазара в тех же самых сопутствующих местоположениях через миллиарды лет после того, как будут запечатлены инфляционные возмущения плотности.

В заключение отметим, что все наши выводы основаны на предположении, что история расширения нашей наблюдаемой вселенной, по крайней мере с конца инфляции, может быть точно описана канонической общей теорией относительности и односвязной некомпактной FLRW. метрика. Эти предположения согласуются с последним эмпирическим поиском нетривиальной топологии, которая не нашла наблюдаемых сигналов компактной топологии для фундаментальных областей вплоть до размера поверхности последнего рассеяния.

Рисунок. 1. Конформная диаграмма, показывающая расстояние перемещения,$R_0χ$ в Глире, по сравнению с конформным временем, $R_0τ /c$в Gyr для случая, когда события A и B появляются на противоположных сторонах неба, если смотреть с Земли (α = 180 °). Наблюдатель сидит на Земле в$χ = 0$ в настоящее время $τ = τ0$, Свет излучается от А в ($χA, τA$) и от B в ($χB, τB$); оба сигнала достигают Земли вдоль нашего прошлого светового конуса в ($0,_{τ0}$). Направленные в прошлом световые конусы от событий излучения (красный и синий для A и B соответственно) пересекаются в точке ($χAB, τAB$) и перекрываются для $0 < τ < τAB$(фиолетовый регион). Для красных смещений$z_A = 1$ а также $z_B = 3$и плоская ΛCDM космология с параметрами, приведенными в формуле. (11), события расположены на сопутствующих расстояниях$R_{0χA} = 11.11$ Глир и $R_{0χB} = 21.25$ Глир, с эмиссией в конформные времена $R_{0τA}/c = 35.09$ Гыр и $R_{0τB}/c = 24.95$Гир. Прошлые световые конусы пересекаются на событии AB в$R_{0χAB} = 10.14$ Глир во время $R_{0τAB}/c = 13.84$Гыр, а настоящее время$R_{0τ0}/c = 46.20$Gyr . Также показаны горизонт космических событий (линия, разделяющая желтые и серые области) и световые конусы, ориентированные на будущее, от событий A и B (тонкие пунктирные линии) и от источника (0,0) (толстые пунктирные линии). В такой же космологии ΛCDM события в желтой области за пределами нашего текущего прошлого светового конуса как бы отделены от нас сегодня, как космос, но будут наблюдаться в будущем, в то время как события в серой области за пределами горизонта событий будут отделены от наблюдателей как пространство. на земле навсегда. Дополнительные шкалы показывают красное смещение (верхняя горизонтальная ось) и время, измеренные с помощью масштабного коэффициента,$a(τ)$и в надлежащее время, $t$, (правая вертикальная ось), измеренная наблюдателем в состоянии покоя в фиксированном месте перемещения.

Также см .: « Причинные горизонты в прыгающей вселенной », Бхаттачарья, Бари и Чакраборти (2017):

" Заключение: настоящая работа показывает, что проблема причинности в подпрыгивающей вселенной неразрывно связана с пониманием различных фаз вселенной во время фазы сокращения. Поскольку наше понимание фазы сокращения является чисто умозрительным, в настоящее время модели, которые мы используем для расчета Природа горизонта частиц остается слишком упрощенной. Авторы считают, что, хотя проблема причинности в моделях прыгающей вселенной далека от решения, в настоящей статье показаны качественные и количественные трудности, которые необходимо преодолеть в будущем, чтобы получить более значимые результаты. "..

Краткий ответ: это 46.9B световых лет . Другая страница Википедии гласит: 46,6 миллиардов световых лет . Эксперты выше подсчитали 46.2.

Об этом 2 апреля 2018 года в статье CNN говорится:

Ученые обнаружили «отпечаток» первого света во Вселенной »

После Большого взрыва физики полагают, что во Вселенной была только тьма в течение 180 миллионов лет, периода, известного ученым как Космические «Темные века».

Поэтому я думаю, что ваш ответ может быть таким: Большой взрыв + 180 миллионов лет - это самый старый свет, который мы можем видеть.