Opazljivo vesolje — definicija, velikost in starost vesolja

Opazljivo vesolje: jasna definicija, velikost (~93 mrd l. let), starost (~13,8 mrd let) in ključne razlage ter zanimivosti za razumevanje kozmologije.

Kaj je opazljivo vesolje?

V kozmologiji velikega poka je opazovano vesolje tisto, ki ga v teoriji lahko vidimo z Zemlje. To so signali — najpogosteje svetloba, pa tudi druge oblike sevanja — ki so od začetka kozmološkega širjenja imeli dovolj časa, da dosežejo Zemljo. Opazljivo vesolje je sferična prostornina (krogla), ki je osredotočena na opazovalca, ne glede na obliko vesolja kot celote. Vsak kraj v vesolju ima svoje opazljivo vesolje, ki se lahko prekriva ali pa tudi ne s tistim s središčem na Zemlji.

Vidno vesolje vs. opazovano vesolje

V vsakdanji rabi astronomi včasih razlikujejo med vidnim in opazovanim vesoljem. Beseda opazen pri tem ne pomeni, da naša sedanja tehnologija dejansko zazna vse signale s tega območja — pomeni le, da je načeloma mogoče, da svetlobni ali drugi signali z objekta dosežejo opazovalca na Zemlji.

V praksi pa je veliko zvrsti sevanja nevidnih zaradi fizikalnih omejitev ali pomanjkanja občutljivosti instrumentov. Na primer, svetlobo lahko zares vidimo šele od časa, ko so delci v vesolju prvič lahko oddajali fotone, ki jih drugi delci niso hitro ponovno absorbirali. Pred tem je bilo vesolje napolnjeno s plazmo, ki je bila za fotone nepregledna; to obdobje imenujemo doba plazme ali fotoonsko zameglitev.

Lastnosti vidnega in opazovanega vesolja

Velik del tistega, kar imenujemo "vidno vesolje", se nanaša na signale od nastanka atoma (rekombinacija) naprej — torej vse od tako imenovane površine zadnjega razprševanja, ki je vir kozmičnega mikrovalovnega ozadja (CMB). Včasih astrofiziki razlikujejo med tem vidnim vesoljem (od rekombinacije naprej) in širšim opazovanim vesoljem, ki vključuje signale od zgodnejših faz kozmološkega širjenja (v sodobni kozmologiji to zajema obdobje po koncu inflacije).

Velikost in razdalje

Pri merjenju razdalj v kozmologiji ločimo med več pojmi:

• Časovna razdalja svetlobe (starost signalov): koliko časa je signal potoval do nas.
• Trenutna (lastna/proper) razdalja: koliko bi bila razdalja do objekta, če bi jo izmerili "v sedanjosti", torej ob upoštevanju širjenja vesolja; ta razdalja običajno presega časovno razdaljo svetlobe zaradi širitve med potjo signala.
• Komoving razdalja: koordinata, ki ostaja "prilepljena" na razširjajoči se prostor in se uporablja za primerjavo položajev skozi čas.

Polmer vidnega vesolja je približno 14,0 milijarde parsekov (približno 45,7 milijarde svetlobnih let), medtem ko je komoving razdalja do roba opazljivega vesolja približno 14,3 milijarde parsekov (približno 46,6 milijarde svetlobnih let) — torej za red velikosti nekaj odstotkov več. Premer opazovanega vesolja je ocenjen na približno 28 milijard parsekov (93 milijard svetlobnih let), kar pomeni, da je rob opazovanega vesolja oddaljen približno 46–47 milijard svetlobnih let.

Starost vesolja

Najboljša trenutna ocena starosti vesolja iz meritev kozmičnega mikrovalovnega ozadja in drugih opazovanj je približno 13,8 milijarde let (z negotovostjo reda velikosti nekaj deset milijonov let). Ta starost določa zgornjo mejo za čas, v katerem so signali imeli možnost potovati do nas — vendar zaradi širjenja vesolja niso vse regije, katerih svetloba je bila pred kratkim oddana, danes blizu; mnoge so zaradi širjenja zdaj precej bolj oddaljene v smislu trenutne lastne razdalje.

Omejitve — kaj lahko in česa ne moremo opazovati

Pomembna omejitev opazovanja izhaja iz dejstva, da je vesolje dinamično in se širi. Zaradi tega:

• Glede na to, kdaj je bil signal oddan, je današnji "trenutni" položaj vira pogosto veliko dlje, kot bi pričakovali iz samega časa potovanja svetlobe (ni enako kot statična razdalja 13,8 milijarde svetlobnih let).
• Obstaja del vesolja, ki je sedaj že izven naše opazovalne domene — sicer so signali morda bili oddani v preteklosti, vendar zaradi hitrega širjenja prostora še niso in morda nikoli ne bodo dosegli nas (to je povezano s konceptom kozmološkega dogodkovnega obzorja).
• Nekateri podatki iz zelo zgodnjih faz vesolja (npr. pred rekombinacijo) neposredno niso dostopni s svetlobo, ker je bil prostor tedaj neprozoren za fotone; informacije o teh fazah pridobivamo posredno, na primer preko vzorcev v CMB, reliktnim nevtrinom ali vplivov na strukturo snovi.

Kaj pomenijo ti pojmi za razumevanje vesolja

Opazljivo vesolje nam daje največ informacij o zgodovini in sestavi vesolja: od porazdelitve galaksij, rasti struktur, do lastnosti temne snovi in temne energije. Čeprav je opazljivo omejeno na območje, katerega signali so lahko dosegli nas, so metode, kot so merjenje rdečega premika, analiza kozmoloških razdalj in opazovanja CMB, omogočile presenetljivo natančno rekonstrukcijo zgodovine vesolja od zgodnjih časov do danes.

Povzetek: Opazljivo vesolje je sferični obseg, iz katerega lahko v načelu prejmemo signale na Zemlji. Njegov polmer v komoving razdalji je približno 14,3 milijarde parsekov (~46,6 milijarde svetlobnih let), premer pa približno 28 milijard parsekov (~93 milijard svetlobnih let). Starost vesolja je ocenjena na približno 13,8 milijarde let, vendar so zaradi kozmološkega širjenja številne regije zdaj veliko bolj oddaljene, kot bi nakazoval enostaven pretvorbeni račun časa v razdaljo.

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je kozmologija velikega poka?

V: Kaj je opazljivo vesolje?

V: Kako daleč nazaj lahko vidimo svetlobo?

V: Kakšna je razlika med vidnim in opazovanim vesoljem?

V: Kako velik je polmer vidnega vesolja?

V: Kako stara je ocenjena starost vesolja?

Išči po črki