Megfigyelhető világegyetem: definíció, méretek és kora
Megfigyelhető világegyetem: definíció, méretek, kora és tágulása érthetően — friss adatok, fényévek és parszekek magyarázata a kozmosz felfedezéséhez.
Az ősrobbanás kozmológiájában a megfigyelhető világegyetem az a térfogat, amelyből elméletileg jutott el hozzánk fény vagy más jel a kezdetek óta. Másképp: azok a régiók, amelyekből az információ – fény, illetve más részecskék – időben elérte a Földön lévő megfigyelőt. A megfigyelhető világegyetem alakja gömbszerű: a Földről minden irányban körülbelül ugyanaz a határ látható, ezért azt a térfogatot gyakran egy középponti megfigyelő körül képzeljük el, azaz egy gömb), függetlenül a teljes világegyetem globális görbületétől vagy szerkezetétől. Minden helynek megvan a saját megfigyelhető világegyeteme; ezek átfedhetnek, de nem feltétlenül egyeznek meg a Földre összpontosítottal.
Mit jelent pontosan a „megfigyelhető”?
A megfigyelhető szó nem azt jelenti, hogy a jelenlegi műszereinkkel ténylegesen meg is tudunk figyelni minden objektumot ezen a határon belül. Inkább arra utal, hogy elvileg lehetséges: az objektumból kiinduló jelek eljuthattak hozzánk az idő során. A gyakorlatban sok forrás jelei túl gyengék vagy elnyeltek lehetnek ahhoz, hogy ma észrevegyük őket — például a korai világegyetemben a sűrű, ionizált plazma elnyelte a fotonokat, így a fotonok csak a rekombináció után kezdtek szabadon terjedni.
A rekombináció időszaka (amikor az elektronok és magok egyesültek, és a világegyetem átlátszóvá vált a fotonok számára) körülbelül 378 000 évvel az ősrobbanás után következett be. Ez a „utolsó szóródás felülete” (a CMB forrása) határozza meg a látható világegyetem belső határát, míg a teljes megfigyelhető világegyetembe a kozmológiai tágulás kezdete óta (az infláció végétől számítva) érkezhettek jelek.
Méretek, távolságok és a tágulás hatása
A táguló tér miatt a minket ma elérő jelek forrásai eredetileg sokkal közelebb voltak, mint ahol ma találhatók. Itt fontos megkülönböztetni a különböző távolságfogalmakat: a kozmológiai saját távolság szempontjából (comoving distance) a jelenlegi időpontban mért „mozgási” vagy proper távolságot jelenti, szemben azzal az egyszerű, statikus távolsággal, amit a fénysebesség és a kor alapján egyszerűen kiszámítanánk.
A látható világegyetem sugara (amely a rekombináció óta kibocsátott jelekre korlátozódik) körülbelül 14,0 milliárd parszek (kb. 45,7 milliárd fényév), míg a megfigyelhető világegyetem szélének jelenlegi távolsága a legtágabb értelemben kb. 14,3 milliárd parszek (kb. 46,6 milliárd fényév). Ez a különbség nagyjából 2%-os — a „látható” és a teljes „megfigyelhető” fogalmak közötti eltérésnek felel meg.
A megfigyelhető világegyetem átmérőjét gyakran ~28 milliárd parszekre (kb. 93 milliárd fényévre) teszik, ami a távoli határok mai (proper) távolságából adódik. Ezek az értékek arra mutatnak rá, hogy a kozmikus tágulás következtében a jelenben észlelt régiók távolsága sokkal nagyobb lehet, mint amit egyszerűen a világegyetem korával (kb. 13,8 milliárd év) megszorzott fénysebesség adna.
A világegyetem kora és a megfigyelhetőség idődimenziója
A világegyetem korának legjobb becslése a legfrissebb precíziós kozmológiai mérések alapján körülbelül 13,8 milliárd év (a Planck-misszió adatai alapján ~13,797 ± 0,021 milliárd év). Mivel a világegyetem tágul, egyes objektumok ma sokkal távolabb vannak a világegyetem tágulása miatt, mint amilyen távolságra közvetlenül a fényük elindulásakor voltak.
Fontos megjegyezni, hogy a megfigyelhető határ nem azonos a végső határral: létezik például kozmikus eseményhorizont is, amely azt fejezi ki, hogy a gyorsuló tágulás miatt a jövőben bizonyos régiókból érkező fény soha nem fog elérni minket. Így vannak térbeli és időbeli korlátok is arra, mit tudhatunk meg a kozmoszról.
Összefoglalás
- A „megfigyelhető világegyetem” az a gömb alakú térfogat, amelyből jelek eljutottak hozzánk az ősrobbanás óta; minden megfigyelőnek saját, részben átfedő megfigyelhető világegyeteme van.
- A látható (rekombináció utáni) és a teljes megfigyelhető határ között kisebb eltérés van; mindkettő ma körülbelül több tízmilliárd fényévre értendő (sugár: ~46 milliárd fényév, átmérő: ~93 milliárd fényév).
- A tágulás, a komoving és proper távolságok közötti különbség, valamint a rekombináció és az utolsó szóródás lényeges fogalmak a megfigyelhetőség megértésében.
Hubble Ultra Deep Field kép a megfigyelhető világegyetem egy régiójáról (a bal alsó sarokban az égbolt megfelelő mérete látható). Minden egyes pont egy galaxis, amely csillagok milliárdjaiból áll. A legkisebb, legvörösebb eltolódású galaxisok fénye közel 14 milliárd évvel ezelőtt keletkezett.
A 93 milliárd fényévnyi - vagy 28 milliárd parszeknyi - háromdimenziós megfigyelhető világegyetem vizualizációja. A méretarány olyan, hogy a finom szemcsék nagyszámú szuperhalmazok gyűjteményeit ábrázolják. A Virgo szuperhalmaz - a Tejútrendszer otthona - a középpontban van jelölve, de túl kicsi ahhoz, hogy a képen látható legyen.
Kérdések és válaszok
K: Mi az a Big Bang kozmológia?
V: A Big Bang kozmológia egy tudományos elmélet, amely megmagyarázza, hogyan kezdődött és hogyan fejlődött a világegyetem az idők során. Azt állítja, hogy a világegyetem egy rendkívül forró és sűrű állapotból, az úgynevezett "ősrobbanásból" indult, körülbelül 13,8 milliárd évvel ezelőtt.
K: Mi a megfigyelhető világegyetem?
V: A megfigyelhető világegyetem az, ami elméletileg a Földről látható. Ez magában foglalja a fényt vagy más jeleket, amelyeknek a kozmológiai tágulás kezdete óta volt idejük eljutni a Földre. A világegyetem minden helyének megvan a maga megfigyelhető világegyeteme, amely lehet, hogy átfedésben van a Föld központú világegyetemmel, de az is lehet, hogy nem.
K: Milyen messzire visszamenőleg láthatjuk a fényt?
V: Csak olyan messziről láthatjuk a fényt, mint amikor a részecskék először voltak képesek olyan fotonokat kibocsátani, amelyeket nem nyeltek el gyorsan újra más részecskék. Azelőtt a világegyetemet olyan plazma töltötte ki, amely átlátszatlan volt a fotonok számára.
K: Mi a különbség a látható és a megfigyelhető világegyetemek között?
V: A látható világegyetem csak a rekombináció óta kibocsátott jeleket tartalmazza, míg a megfigyelhető világegyetem a kozmológiai tágulás kezdete (az inflációs korszak vége) óta kibocsátott jeleket.
K: Mekkora a látható világegyetem sugara?
V: A látható Univerzum sugara körülbelül 14 milliárd parszek (45,7 milliárd fényév).
K: Hány éves a Világegyetem becsült kora?
V: Az Univerzum korának legjobb becslése 2013-ban 13,798 ± 0,037 milliárd éves.
K: Milyen messze van a megfigyelhető Univerzum határa? V: A megfigyelhető Univerzum határa körülbelül 46-47 milliárd fényévre van.
Keres