Stebimoji visata — apibrėžimas, dydis ir amžius

Didžiojo sprogimo kosmologijoje stebimoji visata teoriškai yra ta visatos dalis, kurią galima pamatyti arba nuo kurios signalai (pvz., šviesa) iš principo galėjo pasiekti stebėtoją Žemėje nuo kosmologinio plėtimosi pradžios. Tai reiškia, kad stebimoji visata apima visus taškus, kurių išsiųsti signalai spėjo nukeliauti iki mūsų iki dabartinio laiko. Geometriškai tai yra sferinis tūris (rutulys), kurio centre yra stebėtojas — priklausomai nuo koordinates ir laiką fiksuojančio pjūvio, kiekvienas stebėtojas turi savo stebimąją visatą, kuri gali sutapti arba skirtis nuo Žemės centro matomos srities. Šis apribojimas kyla ne dėl trikdžių ar technologijų stokos, o iš tiesiog fizinių ribų: ne viskas, kas egzistuoja, spėjo iki mūsų išsiųsti signalą ir pasiekti mus.

„Stebimas“ ir „matomas“ — koks skirtumas?

Žodis stebimas čia reiškia, kad iš principo įmanoma, jog objekto spinduliuotė ar kiti signalai pasieks stebėtoją. Tai nereiškia, kad šiuolaikinės technologijos tikrai sugebėtų aptikti tą signalą. Praktikoje daug kas lieka nematoma arba pernelyg silpna nustatymams.

Kartais astrofizikai skiria matomą visatą ir stebimą visatą. Matoma visata apima tik signalus, kurie atkeliavo nuo rekombinacijos momento (kai elektronai susijungė su branduoliais ir fotonai ilgiau nedaugėjo — žr. rekombinaciją), t. y. daugiausia tai, ką mes stebime kaip kosminį mikrofonų foną (CMB). Stebimoji visata apima hipotetinius signalus nuo dar ankstesnių epochų (iki kosminės infliacijos pabaigos), jeigu tokie signalai egzistuotų ir būtų perduodami nematomais keliais (pvz., gravitacinėmis bangomis arba kitais neveikiančiais fotonams signalais).

Fizikinės ribos: rekombinacija, plazma ir paskutinio sklidimo paviršius

Iki rekombinacijos visatą užpildė tanki plazma, kuri buvo nepermatoma fotonams — fotonai nuolat sklaidėsi ir negalėjo laisvai sklisti. Rekombinacijos laikotarpiu (apie 380 000 metų po Didžiojo sprogimo) atomai susiformavo ir fotonai išlaisvėjo; šiuos fotonus mes dabar stebime kaip kosminį mikro bangų foną (CMB). Dėl to šviesą žmogus tiesiogiai gali stebėti tik nuo tada, kai dalelės pirmą kartą sugebėjo išspinduliuoti fotonus, kurių greitai neabsorbuoja kitos dalelės. Anksčiau išsiųsti fotonai uždengti plazmos ir nepasiekia mūsų.

Dydis ir atstumai

Matomos visatos spindulys pagal dažnai vartojamus kosmologinius skaičiavimus yra apie 14,0 mlrd. parsekų (tai atitinka maždaug 45,7 mlrd. šviesmečių). Komovacinis atstumas iki stebimos visatos krašto — t. y. atstumas, skaičiuojantys plėtimosi poveikį ir fiksuojantios koordinates, kurios „auga“ kartu su visata — yra apie 14,3 mlrd. parsekų (apie 46,6 mlrd. šviesmečių), t. y. maždaug 2 % didesnis. Tai reiškia, kad objektai, kuriuos dabar matome kaip esamus už labai didelių raudonųjų poslinkių, šiuo metu yra gerokai toliau nei 13,8 mlrd. metų šviesos atstumu, dėl Visatos plėtimosi.

Geriausias 2013 m. apskaičiuotas Visatos amžius yra 13,798 ± 0,037 mlrd. metų. Dėl Visatos plėtimosi mes stebime objektus, kurie iš pradžių buvo daug arčiau, bet dabar, pagal kosmologinį tikrąjį atstumą (kuriuo dažnai vadinamas komovacinis atstumas), yra gerokai toliau nei statinis 13,8 mlrd. šviesmečių atstumas.

Apskaičiuota, kad stebimos visatos skersmuo yra apie 28 mlrd. parsekų (tai yra maždaug 93 mlrd. šviesmečių), todėl stebimos visatos kraštas yra maždaug už 46–47 mlrd. šviesmečių. Šie skaičiai reiškia komovacinį/šiandieninį proper atstumą iki tolo, iš kurio mus pasiekė pirmieji signalai.

Ką tai reiškia praktiškai ir ko negalime matyti?

• Obserbvacinis apribojimas reiškia, kad visa, kas už stebimos visatos ribos, mums nepasiekiama jokiu elektromagnetiniu signalu. Tokios sritys gali egzistuoti — Visata gali būti daug didesnė arba netgi begalinė.
• Kiekvienas stebėtojas turi savo stebimąją visatą: stebimas regionas priklauso nuo miesto ar galaktikos, kurioje esate, tačiau dauguma šių regionų persidengia, jei atstumas tarp stebėtojų yra daug mažesnis nei horizonas.
• Skaičiai keičiasi, kai tobulėja matavimai: Hubble konstantos, sudedamųjų kosmologinių parametrų (pvz., tamsiosios medžiagos ir tamsiosios energijos dalys) patikslinimai tiesiogiai įtakoja atitinkamas ribines reikšmes.

Išvados

Stebimoji visata — tai ne visa egzistuojanti visata, o tik ta dalis, kurios signalai spėjo pasiekti mus nuo Didžiojo sprogimo. Nors matome įspūdingą dalį visatos istorijos (iki rekombinacijos laikotarpio ir vėlesnių epochų), vis dar egzistuoja ribos, kurias nustato šviesos greitis ir Visatos plėtimasis. Kosmologiniai modeliai ir geresni stebėjimai toliau tikslina numerinius dydžius (amžių, atstumus ir t. t.), bet fundamentali priežastis, kodėl egzistuoja „horizontas“, išlieka ta pati.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra Didžiojo sprogimo kosmologija?

K: Kas yra stebima visata?

Klausimas: Kaip toli atgal galime matyti šviesą?

Klausimas: Kuo skiriasi regimoji ir stebimoji visatos?

K: Koks matomos Visatos spindulys?

K: Koks yra apytikslis Visatos amžius?

Paieška pagal raidę