Dünya'dan en eski ışık kaç yaşında görünür?

Işık ancak bu kadar hızlı hareket edebildiği için, gökyüzünde gördüğümüz ışığın tümü önceki bir anda yayıldı. Örneğin, eğer bir süpernova veya başka bir harika yıldız olayı görüyorsak, onu gördüğümüzde, belki de çok uzun zaman alabilir. Bu beni meraklandırdı, dünyadan görebildiğimiz en eski ışık hangisi?

Evrenin sözde ~ 13 + milyar yaşında olduğu, ancak muhtemelen bilinen evrenin ucunda değiliz, bu yüzden gördüğümüz tüm ışık muhtemelen 13 milyar yaşından daha küçük. Peki görebileceğimiz en eski ışık nedir? ve isteğe bağlı bir takip sorusu olarak, o ışığın yaşını nasıl biliyoruz?

Sanırım ışığın kendisi kelimenin tam anlamıyla 'eski' olmayabilir, ama burada ne sorduğum açıkça belli, başka bir yolla: şimdi yayılan görünür ışığın dünyaya ulaşmak için harcadığı en uzun mesafe nedir? Sorunun bu şekilde yeniden şekillenmesine rağmen, merceklenme etkileri ile bir miktar karışıklık yaşanıyor.

Evrendeki en eski ışık kozmik mikrodalga fonu . Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra, protonlar ve elektronlar ^1'i hidrojen atomları içinde "yeniden birleştirdi" . Bundan önce, herhangi bir foton, plazma doldurma alanındaki serbest elektronlardan dağıldı ve evren esasen ışığa opaktı. Ancak rekombinasyon gerçekleştikten sonra, fotonlar elektronlardan "ayrıştırılabilir" ve engelsiz boşlukta hareket edebildiler. Bu kalıntı radyasyon bugün hala gözlemlenebilir durumdadır; yeniden değiştirildi ve soğutuldu.

Işığı çok uzaktaki nesnelerden saptayabiliriz ve sahibiz. Mesafe hakkında kırmızıya kayma açısından konuşmak daha mantıklı ; Kırmızıya kayma ne kadar büyük olursa, bir nesne o kadar uzak olur. Bazılarının ölçümleri onaylanmış, bazıları olmayan birçok yüksek kırmızı kaydırma nesnesi vardır. Adaylar arasında

• MACS0647-JD (kırmızıya kayma ), çok uzak bir galaksi.$z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$
• Udfj-39546284 (dan kırmızıya kayma için ), başka bir galaksi veya öngökada (uzaklığı belirsizdir, ve her ne kadar olan tam doğası tartışmalıdır).$z=10$$z=12$
• GN-z11 (kırmızıya kayma ), çok aydınlık bir uzak galaksi.$z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$

Ancak, bu nesnelerin tümü Büyük Patlama'dan birkaç milyon yıl sonra ortaya çıkacaktı, bu yüzden onlardan gördüğümüz ışık kozmik mikrodalga fondan çok daha gençti.

^{1 Bu bağlamda kullanımı hiç sevmedim, çünkü ilk defa kullandılar; "re" yanıltıcıdır.}

Görebileceğimiz en eski ışık nedir?

Kozmik Mikrodalga Fonu bize tespit edilebilecek en eski EM radyasyonu olarak kabul edilir. Mikrodalga spektrumunda, bu yüzden çıplak gözle görülemiyor ama “radyo teleskopları” tarafından algılanıyor. Geniş anlamda buna "ışık" diyoruz.

Bu arkaplan radyasyonu ile ilgili dikkate değer bir özellik , her yöne tekdüze yakınlığıdır. Gökbilimciler, tekdüzelik kaynağının büyük bir balon gibi gerçekten büyük bir şey olamayacak kadar güçlü olmasından kaynaklanıyor ... ama hepsi aslında göründüğü kadar uzakta olsaydı durum böyle olurdu.

Gerçekten göründüğü kadar büyük olsaydı, bir tarafın diğer taraftan etkilenmesi için evrenin yaşının iki katı olurdu! Bunun yerine, gökbilimciler gördüğümüzün daha küçük bir beden olduğuna inanıyor; Bu yüzden her yöne aynı görünüyor. Büyümenin bir kısmı uzayın metrik genişlemesi olarak adlandırılır ve normal büyümeden farklı bir anlama sahiptir.

Bu ışığın yaşını nasıl biliyoruz?

Kozmik arkaplan ışığının yaşı, yalnızca Büyük Patlama'nın ne kadar zaman önce gerçekleştiğini bilerek, sonra da Büyük Patlama sırasında ışığın ne zaman yayıldığını bularak dolaylı olarak belirlenebilir .

Her şeyin büyüdüğü oranı, her şeyin ne kadar büyük olduğu ile karşılaştırarak, yolun hızı ve mesafenin göz önüne alındığı bir yere gitmenin ne kadar süreceğini tahmin edebildiğiniz gibi Hubble Sabiti . Bu, Büyük Patlama'nın ne kadar zaman önce gerçekleştiğini hesaplamamıza yardımcı olur.

Ayrıca, kozmik mikrodalga fonu da dahil olmak üzere eski şeylerin, bir saat sarkaçında olduğu gibi ritimle daha parlak ve daha kısıklaştığı bazı “ses dalgaları” ( baryonik akustik salınımlar ) vardır. Bunlar, sağa doğru (hareketli şeyler için) veya bir video izleyerek (durağan şeyler için) ölçülebilir. Bu ritimleri ölçmek ve bunları Hubble Constant ile karşılaştırmak, aynı zamanda Büyük Patlama'nın ne kadar zaman önce gerçekleştiğini de hesaplamaya yardımcı olur.

Son olarak, mikrodalga fonu, Big Bang'in genleşmesi ve soğutulması sırasında ne zaman yayılacağını belirlememizi sağlayan fiziksel özelliklere (sıcaklık ve yoğunluk gibi) sahiptir . Tüm bu hesaplamaları birlikte kullanarak kozmik mikrodalga fon ışığının yaşını nasıl hesapladık.

Gökbilimciler bu birleşik hesaplamanın ("LCDM", "Lambda-CDM" veya "Büyük Patlama Kozmolojisi" olarak adlandırılır) çok iyi olduğuna inanmaktadır, çünkü farklı sayılar çoğunlukla sıralanır * . Karanlık Enerji Araştırması adlı bir çalışma bittiğinde 2018 yılına kadar daha iyi bulguları bildirmekten memnuniyet duydular. Bununla birlikte, LCDM hiçbir zaman onaylanamayacak bazı varsayımlar içerdiğinden ve hala açıklanamayan bazı tutarsızlıklar bulunduğundan, yine de ölçümlere uyması koşuluyla başka bir hesaplamanın daha iyi olup olmayacağını bilmiyoruz.

Bunun en eski ışık olduğunu nasıl bilebiliriz?

Sadece kozmik mikrodalga arkaplanın fiziksel özelliklerini düşünerek ve Büyük Patlama sırasında ne zaman ışığını yayması gerektiğini düşünerek, gökbilimciler onu herhangi bir yıldızdan veya galaksiden daha yaşlı, evrendeki mümkün olan en eski ışık olarak tanımladılar . Bize kendi başına kaç yaşında olduğunu söylemez; Aslında, gökbilimciler her zaman teleskopta sadece bir toz tabakası olmadığından emin oluyorlar!

Kozmik mikrodalga arkaplan ne kadar uzakta?

Bu cevaplaması gerçekten zor bir soru. Big Bang Cosmology'ye göre, kozmik mikrodalga fonu "bir yerlerde" değildi, aksine her yerdeydi. Büyük Patlama'dan bu yana kat ettiği mesafe, uzaydaki metrik genişleme nedeniyle ışık hızıyla çarpılan zamandan farklı. Bu, her şeyin hareket hızından dolayı göreceli uzunluk-daralmasının bir sonucudur.

Gözlenebilir evren, var olduğunu varsayarak daha büyük evrenden daha genç midir?

Büyük Patlama'dan şimdiye kadar olan zamanın miktarını hesaplamak, gözlemlenebilir evrenimizi veya var olan daha büyük evreni göz önünde bulundurduğunuzda aynı sonucu verir. Bu yüzden “bizim” evrenin yaşı “evrenin” yaşı ile aynıdır .

* Hubble sabitini belirlemeye yönelik bazı çalışmalar kozmologlara duraklama vermiştir ( link 1 , link 2 ); Evrenin hangi tarafına baktığınıza bağlı olarak, standart birimlerde 67'ye yakın veya 73'e yakın olabilir.

Bilim adamları , Büyük Patlama'dan sadece 400 milyon yıl önce veya yaklaşık 13,3 milyar yıl önce varolan GN- z11 adında (halihazırda HDE 226868 tarafından belirtilen ) bir galaksi keşfettiler :

En Uzak Galaxy, Kozmik Mesafe Rekorunu Kırdı

10 milyar yıllık bir yıldızın keşfi geçen hafta açıklandı:

Hubble lekeleri şimdiye kadar görülen en uzak yıldız

İşte Vikipedi'deki uzak astronomik nesnelerin bir listesi .

Anlambilimi kullanarak iki soru sordun:

• "En eski ışık kaç yaşında Dünya'dan görülebilir?"

Gönderen Pela cevabı @ için: Neden kozmik olay ufkunun ve evrenin yaşı arasında bir fark var mı? - Yani ~ 100M yılda, en uzaktaki ışık 116M ışıkyılı uzaklıktan bize ulaşacaktır.

Olay ufkuna olan mesafenin bugün olduğu 16 Gly bir tür tesadüf. Evrenin yaşıyla ilgisi yok. Bu sadece Evrenin gelecekteki genişlemesine bağlıdır ve bu da Evrenin bileşenlerinin yoğunluğuna bağlıdır (Ωb, ΩDM, ΩΛ, vb.). Eğer evren maddeyle (ya da radyasyonla) hükmediyor olsaydı, o zaman olay ufku olmazdı: Beklemek için sabrımız olsaydı, şimdiye kadar çok uzak olmayan hiçbir galaksi bize görünmezdi. Bir galaksi 10.000 milyar ışıkyılı uzaklıkta mı? Sadece yeterince bekle (tam olarak gerçek yoğunluğa ne kadar bağlı).

Ancak, Evrenimiz sınırsız genişlemeyi hızlandıran karanlık enerjinin hakimiyeti altındadır. Bu ne yazık ki, bugün Gly 17 galaksisinden ayrılan ışığın, bize doğru hareket edebildiğinden daha hızlı bir şekilde uzağa taşınacağı anlamına geliyor. Aksine, bugün 15 Gly uzaklığındaki galaksiden yayılan ışık bizim yönümüze doğru ilerleyecektir, ancak yine de genişleme nedeniyle başlangıçta bizden uzaklaşacaktır. Ancak, bize doğru olan yolculuğu bu genişleme hızını daha küçük ve daha küçük yapar (çünkü genişleme oranı bizden uzaklaştıkça) ve bir süre sonra genişleme oranının üstesinden geleceği ve bizden uzaklığını azaltmaya başlaması sonunda 100 Gyr ya da öylesine bize ulaşın.

• “Sanırım ışığın kendisi kelimenin tam anlamıyla 'eski' olmayabilir, ama burada ne sorduğum açıkça belli, başka bir yolla: şimdi yayılan görünür ışığın dünyaya ulaşmak için harcadığı en uzun mesafe nedir? sorusu objektif etkisiyle biraz karışıklaşır mı? "

Evet, bu tamamen farklı bir soru ...

En eski makalelerden birine bakınız: " Karışıklık genişletmek: Kozmolojik Ufukların Yaygın Yanılgıları ve Evrenin Süpermen Yayılımı " Davis ve Lineweaver (2003).

Yeni işler:

" Paylaşılan Nedensel Pasts ve Kozmolojik Olayların Vadeli " Friedman, Kaiser tarafından, ve Gallicchio (2013).

" Sonuç: ... Gözlenebilen uzaysal galaksilerin, kümelerin ve dolayısıyla kuasar yoğunluklarının enflasyon sırasında kurulan korelasyonları yansıttığı düşünülmekle birlikte, enflasyonist dönemdeki belirli komovasyon bölgelerinde - kuasar ev sahibi galaksilerin oluştuğu - açık bir soru olarak kalmaktadır - Enflasyon yoğunluğu bozulmalarının baskılanmasından milyarlarca yıl sonra aynı komşu yerlerde meydana gelen kuasar emisyon olaylarının çiftleri arasında gözlemlenebilir bir korelasyon sinyali verebilir.

Kapanışta, tüm sonuçlarımızın, gözlemlenebilir evrenimizin genişleme geçmişinin, en azından enflasyonun sona ermesinden bu yana, kanonik genel görelilik ve basit bağlantılı, kompakt olmayan bir FLRW tarafından doğru bir şekilde tanımlanabileceği varsayımına dayandığını not ediyoruz. metrik. Bu varsayımlar, son saçılma yüzeyinin büyüklüğüne kadar temel alanlar için gözlemlenebilir bir kompakt topoloji işareti bulamayan, son derece önemsiz olmayan topoloji için yapılan en son deneysel araştırma ile tutarlıdır.

İncir. 1. konformal diyagramı gösteren Comoving mesafe, konformal zamana karşı Glyr olarak, dünyadan görüldüğü gibi A ve B olaylarının gökyüzünün zıt tarafları üzerinde görünür olan durum için Gyr içinde, (α = 180 °). Gözlemci, şu andaki uygun zamanda Dünya'ya oturur . Işık A'dan ( ) ve B'den ( ) ; her iki sinyal de dünyaya geçmiş ışığımız boyunca ( ) . Emisyon olaylarından (sırasıyla A ve B için kırmızı ve mavi) geçmişe yönlendirilen kesişmekte ( ) ve (mor bölge) ile . Kırmızıya kaymalar için$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$ve ve Denklemde verilen parametrelerle düz ΛCDM kozmolojisi. (11), olaylar Glyr ve Glyr, Gyr ve uygun zamanlarında salınımla birlikte Gyr. Geçmiş AB olayında Glyr'de Gyr ile , şimdiki zaman Gyr$z_B = 3$$R_{0χA} = 11.11$R 0 τ A / c = 35.09 R 0 τ B / c = 24.95 R 0 χ A B = 10.14 R 0 τ A B / c = 13.84 R 0 τ 0 / c = 46.20 a ( τ ) $R_{0χB} = 21.25$$R_{0τA}/c = 35.09$$R_{0τB}/c = 24.95$$R_{0χAB} = 10.14$$R_{0τAB}/c = 13.84$$R_{0τ0}/c = 46.20$. Ayrıca, kozmik olay ufku (sarı ve gri bölgeleri ayıran çizgi) ve geleceğe yönelik lightconları A ve B olaylarından (ince kesikli çizgiler) ve orijinden (0,0) (kalın kesikli çizgiler) gösterir. Bizimki gibi bir CDM kozmolojisinde, mevcut geçmiş fenomuzun dışındaki sarı bölgedeki olaylar bugün bizden ayrılmaya benzer, ancak gelecekte gözlemlenebilir, ancak olay ufkunun dışındaki gri bölgedeki olaylar gözlemciden ayrılmış alan benzeridir sonsuza dek dünyada. Ek ölçekler , sabit bir comoving konumunda istirahatte bir gözlemci tarafından ölçülen ölçek faktörü, ve uygun zaman, , (sağ dikey eksen) tarafından ölçülen sürenin kırmızıya kayma (üst yatay eksen) ve zamanını gösterir .$a(τ)$$t$

Ayrıca bakınız: " Sıçrayan bir evrendeki nedensel ufuklar ", Bhattacharya, Bari ve Chakraborty (2017):

" Sonuç: Bu çalışma, zıplayan evrendeki nedensellik probleminin, büzülme evresi sırasında kasılma aşaması sırasında evrenin çeşitli evrelerinin anlaşılmasıyla ilişkili olduğunu göstermektedir. Parçacık ufkunun doğası basit kalmaya devam ediyor Mevcut yazarlar, zıplayan evren modellerinde nedensellik probleminin çözülmekten çok uzak olmasına rağmen, bu makalede gelecekte daha anlamlı sonuçlar üretmek için insanın üstesinden gelmesi gereken kalitatif ve kantitatif zorluklar gösterdiğine inanılıyor . ".

Kısa cevap: 46.9B ışıkyılı . Başka bir Wikipedia sayfası diyor ki: 46.6B ışıkyılı . Yukarıdaki uzmanlar 46.2'yi hesaplar.

Bu 2 Nisan 2018, CNN makalesinde şöyle yazıyor:

Bilim adamları evrendeki ilk ışığın 'parmak izini' tespit ediyor "

Büyük Patlama'nın ardından fizikçiler, evrende sadece 180 milyon yıl boyunca, bilim adamları tarafından Kozmik “Karanlık Çağlar” olarak bilinen bir süre karanlık olduğuna inanıyorlar.

Bence cevabınız Büyük Patlama + 180 milyon yıllık görebildiğimiz en eski ışık olabilir.