Kozmik genişleme nedeniyle görüş ufkundan düşen gökadalar var mı?

En uzak galaksiler, ışık hızını aşan hızlanma ile bizden kaçarsa, artan miktarla zaman içinde gökten kaybolmalarını beklemeliyiz. Bunu gözlemledik mi? Bir sonraki galaksileri ortadan kaldıracaklarını ve düşüş zamanlarını gösterebilir miyiz?

Benim sorum, sadece ışık hızından daha büyük değil, tüm hız aralıklarında hareket eden gökadalarla ilgilidir.

— Waldemar Gałęzinowski
kaynak

Bu YouTube videosu, galaksilerin çok uzakta olmalarına rağmen neden görünür olduklarını gösteriyor. youtube.com/watch?v=gzLM6ltw3l0 (6 dakika 50 saniye hızlı ileri ve 8 dakika 50 saniye kadar izleyin.) Ve 9 dakikayı izlemeye devam ederseniz, bir galaksinin asla ne kadar uzakta olması gerektiğini söyleyecektir çünkü evren ışıktan daha hızlı genişleyecektir.

— RichS

@pela Tabii ki bir tanım meselesi, ama burada katılmıyorum. Aşağıdaki yorumumda belirtildiği gibi, galaksiler olay ufkumuzu her zaman terk ediyor. Bir anlamda, yani edilir gözlemlenebilir evreni terk.

— Thriveth

@Thriveth: Diğer yorumun altındaki yoruma bakın.

— pela

Hayır. Aslında durum tam tersi.

(Sezgisel bir açıklama için son paragrafa bakın.)

Işık hızından daha hızlı uzaklaşan galaksilerin bizim tarafımızdan görülememesi yaygın bir yanlış inanıştır. Olay bu değil; gökadaların süperluminal hızlarda hareket ettiğini kolayca görürüz. Bu değil - Çoğu insan düşünürdü olarak - çelişmektedir hiçbir şeyin seyahat edebileceğini söyledi görelilik teorisini yoluyla daha hızlı uzay . Gökadalar uzayda ilerlemez ( 100-1000 km / s'lik küçük hızlar hariç ); bunun yerine uzayın kendisi genişlemekte ve galaksiler arasındaki mesafelerin artmasına neden olmaktadır. $c$

"Süper lümen" gökadaları görüyoruz

Bir galaksinin durgunluk hızı , Hubble Yasası tarafından verilir: burada , Hubble sabitidir ( Planck Collaboration ve diğerleri 2016 ). Bu yasa, daha uzakta olan gökadaların daha hızlı çekilmeye . Galaksiler daha yavaş çekilmeye, içinde ragion çünkü Burada, alt simge "HS" seçilir "Hubble küre" denir. mesafesindeki nesnelerin kırmızıya kayması var $v_\mathrm{rec}$

v_{r e c} = H_{0} d,

$v_\mathrm{rec} = H_0 \, d,$

H_{0} ≃ 67.8 k m s^{- 1} {M p c}^{- 1}

$H_0 \simeq 67.8\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}\,\mathrm{Mpc}^{-1}$

r_{H S} \equiv \frac{c}{H_{0}} ≃ 4400 M p c ≃ 14.4 G l y (" G i g a - l i g h t y e a r s ")

$r_\mathrm{HS} \equiv \frac{c}{H_0} \simeq 4400\,\mathrm{Mpc} \simeq 14.4 \, \mathrm{Gly}\,\,\mathrm{("\!\!Giga\mbox{-}lightyears\!\!")}$

c

$c$

c

$c$

r_{H S}

$r_\mathrm{HS}$

z ≃ 1.6

$z\simeq1.6$ .

Geçmişte, Samanyolu (MW) yönünde uzak bir galaksiden yayılan bir fotonu düşünün (diyelim ki kırmızıya kayma sırasında GN-z11 ). Özel göreliliğin bize söylediği şey, yerel olarak , fotonun her zaman uzayda . Başlangıçta, foton böylece hızında GN-z11 mesafesini arttırır . Bununla birlikte, foton bize doğru hareket etmesine rağmen , Evrenin genişlemesi nedeniyle MW'a olan mesafesi artar . Foton GN-z11'e olan mesafesini arttırdıkça, aynı genişleme GN-z11'den sürekli artan bir hızda geri çekilmesine neden olur. Dahası, MW'a doğru ilerledikçe, genişleme noktasına ulaşana kadar yavaşça "üstesinden gelecektir". $z=11.1$ $v=c$ $c$ $v_\mathrm{rec} = c$ . Sonsuz küçük bir süre boyunca, duracaktır. MW, daha sonra MW'den ölçüldüğü gibi daha hızlı ve daha hızlı seyahat etmeye başlayacaktır. Sonunda, hızı - hala MW'ın referans çerçevesinde - ulaşacak ve bu noktada MW'a ulaşacaktır. $c$

Böylece, GN-z11 ve MW birbirlerinden geri de, hala görebiliyoruz. Belki de daha mantıksız olan şey, GN- bugün gördüğümüz ışığı , daha da hızlı bir şekilde geriledi . $v_\mathrm{rec} = 2.2c$ $v_\mathrm{rec} \sim 4c$

Giderek daha uzak galaksiler görüyoruz

Bununla birlikte, mesafesinin ışığın Evren'in yaratıldığından beri seyahat etmek için zamanı olduğu göz önüne alındığında, bizim için görünür bir galaksinin ne kadar hızlı geri çekilebileceğine dair bir sınır vardır. Işık her yönden bize geliyor, bu yüzden yarıçapı küresinin merkezinde bulunuyoruz . Bu küreye "gözlemlenebilir Evren" denir ve yüzeyine (fiziksel bir şey değildir) parçacık ufuk denir (dolayısıyla "PH" alt dizisi ). Parçacık ufkundaki . $r_\mathrm{PH}$ $r_\mathrm{PH}$ $v_\mathrm{rec}\simeq3.3c$

Zaman geçtikçe, daha da uzak olan gökadalardan gelen ışık bize ulaşacaktır; yani artar. Başka bir deyişle, gözlemlenebilir Evren her zaman boyut olarak artar ve bugün görünen hiçbir galaksi, hızı ne olursa olsun, gözlemlenebilir Evreni terk etmeyecektir . $^\dagger$ $r_\mathrm{PH}$

Bununla birlikte, gelecekteki gözlemlenebilir galaksiler gittikçe daha fazla kaydırılacağından, ışıkları sonunda görünür aralıktan ve daha uzun ve daha uzun radyo dalgalarına kayacaktır. Ayrıca, bunlar sönük ve dimer olur, böylece, her bir tespit foton arasındaki zaman, artacaktır ve bu nedenle uygulamada, bunlar olacaktır kaybolur.

Sezgisel açıklama

Işığın bize ışıktan daha hızlı geri dönen bir galaksiden neden ulaşabileceğini daha iyi anlamak için iyi bir benzetme "lastik bantta solucan" tır: Duvara (sonsuz, gerilebilir) bir lastik bant (uzunluk, örneğin, 10 cm) takın ve seçtiğiniz herhangi bir sabit hızda uzaklaşabilirsiniz, örneğin 1 m / s. Başlamadan önce, evcil hayvan solucanınızı duvarın yanındaki ucuna koyun. Size geri dönmek istiyor ve 1 cm / s'de, yani sizden 100 × daha yavaş sürünerek taramaya başlıyor. Hiç sana ulaşacak mı? Duvarın perspektifinden bakarsanız, hem siz hem de solucan uzaklaşırsınız, ancak sabit bir hızda geri çekilirken, solucan, başlangıçta daha yavaş olmasına rağmen, lastik bant üzerinde hareket ettiği için hızlanır, ancak parça ve duvar arasındaki lastik bandın boyutu artar. Kauçuk bandın geri kalanı da elbette boyut olarak artıyor, ancak buolacaktır (bu örnekte, bu solucan alacak olsa size ulaşmak milyar yıl hangi onun sabır kaybetmiş olabilir. Ama en yürümek eğer sadece 10 cm / s, sadece 6 saat sürer işaret) . $10^{26}$

Bu benzetmede MW sizsiniz, duvar GN-z11 ve solucan bir foton. Şimdi sabit bir hızda yürümezseniz, aynı zamanda hızlanırsanız (bu karanlık enerjinin etkisinin bir benzetmesidir), hızlarınıza bağlı olarak solucan size ulaşabilir veya ulaşmayabilir. Tıpkı ne kadar uzak galaksilerin görebileceğimize dair bir sınır varmış gibi.

$^\dagger$ _{Büyük mesafeler de zamanda geriye bakmak anlamına geldiğinden (ışığın uzun süre seyahat ettiği için), aslında bu kadar erken gökada görmüyoruz, çünkü tarihte bu kadar erken oluşmamışlardır. Bununla birlikte, gökadaların doğduğu gazı Big Bang'den 380.000 yıl sonra görüyoruz.}

— pela
kaynak

Bu, gözlemlenebilir evrenin sınırı, gökadaları yerleştirilmiş olan aynı hızda 'azalıyor' anlamına mı geliyor? Bu, verilen yarıçap ile tanımlanan tüm alanda kaçış hızının sabit olduğu anlamına mı geliyor?

— Waldemar Gałęzinowski

@ WaldemarGałęzinowski: Bu soruyu anladığımdan emin değilim: Şu anda sınırda bulunan bir galaksi v = 3.3c'de azalıyor. Sınırın kendisi ek olarak 1c'de hareket ediyor, çünkü zaman geçtikçe, galaksilerden gelen ışığı giderek daha uzakta görüyoruz ( henüz oluşmadığından, bu kadar uzak bir gökada görmediğimiz gerçeğini göz ardı ederek ). Son sözünle ilgili olarak, bir "kaçış hızı" diye bir şey yoktur, ama eğer bizden gelen yönden bağımsız durgunluk hızı demek istiyorsan , o zaman evet, sadece mesafeye bağlıdır.

— pela

Yani evrenin genişlemesinin ışık hızından daha hızlı olduğunu mu söylüyorsunuz?

— iMerchant

"Başka bir deyişle, gözlemlenebilir Evren her zaman büyür ve bugün görünür olan hiçbir galaksi, hızı ne olursa olsun, gözlemlenebilir Evreni asla terk etmeyecektir." Kullanılan durum denklemine bağlıdır. Hayalet enerjinin egemen olduğu bir evrendeki olay ufku küçülecektir.

— Sir Cumference

@SirCumference: Sadece standart kozmolojileri düşündüğümden haklısın.

— pela

Zaman geçtikçe, şu anda gözlemlenebilir evrende gözlemlenecek olan galaksiler var, ama bu aniden göz kırpmıyor. Bunun yerine, yüz milyonlarca yıldan fazla bir proto galaksinin olgun bir galaksiye dönüştüğünü göreceğiz.

Örneğin bir orada hidrojen "leke" bir koyu madde halo üzerine hidrojen toplanma olarak yorumlanması bu. Bu yorum doğruysa, nihayetinde ondan oluşan galaksi gözlemlenebilir evrenin dışındadır. Ama öyle kalmayacak. Milyarlarca yıl boyunca hidrojen yıldızlar oluşturacak ve galaksi gözlemlenebilir evrenimizde olacak. Yeni bir galaksinin aniden ortaya çıkışını görmüyoruz, bunun yerine milyarlarca yıldaki evrimi görüyoruz.

Daha fazla kırmızıya kaymanın bir etkisi vardır. Sonuçta galaksiler, tespit edilebilirlik seviyesinin altına kaydırılacak kadar hızlı geri çekilmeye başlayacaklar. Yaklaşık 2 trilyon yılda sadece yerel galaksilerin görünür olacağı önerilmektedir. Bu yine hızlı bir süreç değil (!)

Böylece kozmik bir ufukta kaybolan gökadaları gözlemlemiyoruz ve böyle olmasını beklemiyoruz.

— James K
kaynak