Нашы самыя глыбокія галактычныя абследавання могуць выявіць аб'екты за дзесяткі мільярдаў светлавых гадоў, але ёсць усё больш галактык у назіральнай Сусвеце, якую нам яшчэ трэба будзе раскрыць. Самае цікавае, што сёння яшчэ не бачныя часткі Сусвету, якія калі-небудзь стануць назіральнымі для нас. (СЛОАН ДЫГІТАЛЬНЫЯ НЕБЫ АБАРЕЖЫ (SDSS))

Колькі неспазнанага Сусвету мы калі-небудзь зможам убачыць?

З цягам часу пасля Вялікага выбуху праходзіць усё больш Сусвету. Але колькі?

Нягледзячы на ​​тое, што прайшло мільярды гадоў з часу Вялікага выбуху, існуе касмічная мяжа ў тым, наколькі далёка мы можам назіраць аб'екты, якія займаюць нашу Сусвет. Сусвет пашыраецца ўвесь гэты час, але хуткасць пашырэння адначасова і дакладна вымяраецца. Калі б мы падлічылі, наколькі далёка можа праляцець сёння фотан, які выкідваецца ў гэты момант, калі адбыўся Вялікі выбух, мы падышлі да верхняй мяжы таго, наколькі далёка мы бачым у любым кірунку: 46 мільярдаў светлавых гадоў.

Гэта памер нашай назіральнай Сусвету, якая змяшчае каля двух трыльёнаў галактык на розных этапах эвалюцыйнага развіцця. Але акрамя гэтага, павінна быць нашмат больш Сусвету за межамі таго, што мы можам сёння бачыць: Сусвет, які не назіраецца. Дзякуючы нашым лепшым вымярэнням часткі, якую мы бачым, мы, нарэшце, высвятляем, што знаходзіцца за межамі, і якую частку мы калі-небудзь зможам успрымаць і даследаваць.

У лагарыфмічным маштабе мы можам праілюстраваць увесь Сусвет, ідучы ўвесь шлях да Вялікага Выбуху. Хоць мы і не можам назіраць далей, чым гэты касмічны гарызонт, які зараз знаходзіцца на адлегласці 46,1 мільярда светлавых гадоў, у Сусветнай будучыні з'явіцца яшчэ больш Сусвету. Сёння назіральная Сусвет змяшчае 2 трыльёны галактык, але з цягам часу ўсё больш Сусвету стане для нас назіральным. (WIKIPEDIA USER PABLO CARLOS BUDASSI)

Вялікі выбух кажа нам, што ў нейкі момант у далёкім мінулым Сусвет была гарачай, шчыльней і пашыралася значна хутчэй, чым сёння. Зоркі і галактыкі, якія мы бачым па ўсёй Сусвеце ва ўсіх напрамках, існуюць толькі так, як і яны, таму што Сусвет пашырылася і астыла, што дазваляла гравітацыі сцягваць рэчыва ў груды. На працягу мільярдаў гадоў гравітацыйны рост падсілкоўваў пакаленні зорак і фарміраванне галактык, што прывяло да Сусвету, якое мы бачым сёння.

Куды б мы ні глядзелі, ва ўсіх напрамках мы бачым Сусвет, які распавядае нам тую ж касмічную гісторыю. Але часткай гэтай гісторыі з'яўляецца той факт, што чым далей мы глядзім, тым далей мы азіраемся ў часе. Сусвет ужо не бывае вакол сябе, утвараючы зоркі і растучы галактыкі. Паводле Вялікага выбуху і назіранняў, якія яго падтрымліваюць, Сусвет мела пачатак.

Поўны набор таго, што сёння прысутнічае ў Сусвеце, абавязаны сваім вытокам гарачага Вялікага выбуху. Больш прынцыпова, Сусвет, які мы маем сёння, можа ўзнікнуць толькі з-за ўласцівасцей касмічнага часу і законаў фізікі. Хоць Сусвет пашыраецца, агульная колькасць Сусвету, якую мы можам назіраць, таксама павялічваецца. (НАСА / GSFC)

На ранніх этапах пасля Вялікага выбуху Сусвет была запоўнена мноствам інгрэдыентаў, і гэта пачалося з неверагодна хуткай пачатковай хуткасцю пашырэння. Гэтыя два фактары - першапачатковая хуткасць пашырэння і гравітацыйныя эфекты ўсяго Сусвету - гэта два галоўныя гульцы ў канчатковай касмічнай гонцы.

З аднаго боку, пашырэнне працуе, каб разагнаць усё на часткі, расцягваючы тканіну космасу і кіруючы галактыкамі і маштабнай структурай Сусвету. Але з іншага боку, гравітацыя прыцягвае ўсе формы матэрыі і энергіі, працуючы, каб прыцягнуць Сусвет назад. Нармальная матэрыя, цёмная матэрыя, цёмная энергія, выпраменьванне, нейтрына, чорныя дзіркі, гравітацыйныя хвалі і шмат іншага - гуляюць ролю ў пашыральнай Сусвеце.

Адноснае значэнне розных кампанентаў энергіі ў Сусвеце ў розныя перыяды мінулага. Звярніце ўвагу, што, калі цёмная энергія ў будучыні дасягне лічбы, блізкай да 100%, шчыльнасць энергіі Сусвету (і, такім чынам, хуткасць пашырэння) будзе заставацца пастаяннай адвольна далёка наперад у часе. З-за цёмнай энергіі аддаленыя галактыкі ўжо паскараюцца, відавочна, з хуткасцю рэцэсіі, і з таго часу, як шчыльнасць цёмнай энергіі склала палову агульнай шчыльнасці матэрыі 6 мільярдаў гадоў таму. (Э. SIEGEL)

Хуткасць пашырэння пачалася вялікай, але змяншалася па меры пашырэння Сусвету. Для гэтага ёсць простая прычына: калі Сусвет пашыраецца, яе аб'ём павялічваецца, а значыць, шчыльнасць энергіі памяншаецца. З падзеннем шчыльнасці павялічваецца і хуткасць пашырэння. Святло, якое калісьці было занадта далёка ад нас, каб яго не бачылі, цяпер можа нас дагнаць.

Гэты факт нясе ў сабе велізарнае значэнне для Сусвету: з цягам часу галактыкі, якія калісьці былі занадта далёкія, каб раскрыцца нам, спантанна з'явяцца. З мінулага Вялікага выбуху можа прайсці 13,8 мільярда гадоў, але з пашырэннем Сусвету з'явіліся аб'екты аж да 46,1 мільярда светлавых гадоў, святло якога толькі даходзіць да нас.

Ілюстрацыя таго, як працуюць чырвоныя змены ў Сусвеце, які пашыраецца. Па меры таго, як галактыка становіцца ўсё больш і больш аддаленай, яна павінна праходзіць большую адлегласць і больш часу праз пашыраецца Сусвет. У Сусвеце, які кіруе цёмнай энергіяй, гэта азначае, што асобныя галактыкі будуць выглядаць паскоранымі ў выніку спаду ад нас, але з'явяцца далёкія галактыкі, свет якіх сёння толькі ўпершыню даходзіць да нас. (LARRY MCNISH RASC CALGARY CENTER, VIA CALGARY.RASC.CA/REDSHIFT.HTM)

Усе сказалі, калі мы хацелі скласці ўсе галактыкі, якія існуюць у гэтым аб'ёме космасу, мы выявілі б, што ў нашым назіральным Сусвеце ёсць велізарныя два трыльёны. Наколькі велізарная гэтая лічба, яна ўсё яшчэ абмежаваная, і нашы назіранні не паказваюць краю ў прасторы ў любым кірунку, які мы шукаем.

Колькасць часу, які прайшоў ад Вялікага выбуху, хуткасць святла і інгрэдыенты нашага Сусвету вызначаюць мяжу назірання. Любы далей, і нават нешта рухаецца са хуткасцю святла, бо з моманту гарачага Вялікага выбуху не было б дастаткова часу, каб дабрацца да нас.

Але ўсё гэта з часам зменіцца. Па меры таго, як гады і эоны мінаюць, святло, якое не змагло дабрацца да нас, нарэшце дасягне нашага вока, адкрываючы больш Сусвету, чым мы калі-небудзь бачылі раней.

Вы можаце падумаць, што калі б мы чакалі адвольна доўгую колькасць часу, мы маглі б бачыць адвольна далёкую адлегласць і не было б мяжы ў тым, колькі Сусвет стане бачнай.

Але ў Сусвеце з цёмнай энергіяй гэта проста не так. Па меры старэння Сусвету хуткасць пашырэння не апускаецца да ніжніх і меншых значэнняў, набліжаючыся да нуля. Замест гэтага, тканіна прасторы застаецца абмежаванай і важнай колькасцю энергіі. З цягам часу ў Сусвеце з цёмнай энергіяй будуць здавацца, што больш далёкія аб'екты будуць адыходзіць з нашага пункту гледжання ўсё хутчэй і хутчэй. Нягледзячы на ​​тое, што ёсць яшчэ Сусвет, каб выявіць, існуе абмежаванне ў тым, колькі з нас калі-небудзь стане назіральным.

Розныя магчымыя лёсы Сусвету, з нашага сапраўднага, паскаральнага лёсу, паказанага справа. Калі пройдзе дастаткова часу, паскарэнне пакіне кожную звязаную галактычную або звышгалактычную структуру, цалкам ізаляваную ва Сусвеце, паколькі ўсе астатнія структуры паскараюцца назад. Мы можам толькі зазірнуць у мінулае, каб зрабіць выснову аб наяўнасці і ўласцівасцях цёмнай энергіі, для якой патрэбна хоць бы адна пастаянная, але яе наступствы для будучыні больш. (НАСА і ЕКА)

Зыходзячы з хуткасці пашырэння, колькасці цёмнай энергіі ў нас і сапраўдных касмалагічных параметраў Сусвету, мы можам разлічыць тое, што мы называем будучым межам бачнасці: максімальную адлегласць, якую мы калі-небудзь зможам назіраць. Цяпер, у 13,8 мільярда гадовай Сусвету, наш мяжа бачнасці складае 46 мільярдаў светлавых гадоў. Наш будучы мяжа бачнасці прыблізна на 33% больш: 61 мільярд светлавых гадоў. Зараз там ёсць галактыкі, святло якіх на шляху да нашых вачэй, але пакуль не было магчымасці дасягнуць нас.

Калі б мы склалі ўсе галактыкі ў тых частках Сусвету, якія мы калі-небудзь пабачым, але сёння не можам атрымаць доступ, мы маглі б узрушаны, даведаўшыся, што ёсць яшчэ галактыкі, якія яшчэ будуць адкрыты, чым галактыкі ў бачны Сусвет. Ёсць яшчэ 2,7 трлн галактык, якія чакаюць, каб паказаць нам сваё святло, а зверху да 2 трлн мы ўжо можам атрымаць доступ.

З нашага пункту гледжання назіральная Сусвет можа апынуцца 46 мільярдамі светлавых гадоў ва ўсіх напрамках, але, безумоўна, ёсць і больш не назіраецца Сусвет, магчыма, нават бясконцая колькасць, як і наша. З цягам часу мы зможам убачыць крыху, але не шмат, большага. (FRÉDÉRIC MICHEL AND ANDREW Z. COLVIN, АНОВАЦЫІ Э. СІГЕЛ)

У параўнанні з тым, што нас чакае будучыня, мы цяпер бачым толькі 43% галактык, якія мы калі-небудзь зможам назіраць. За межамі нашага назіральнага Сусвету ляжыць непрыкметны Сусвет, які павінен выглядаць як частка, якую мы можам бачыць. Мы ведаем, што гэта назіранне за касмічным фонам ЗВЧ і маштабнай структурай Сусвету.

Калі б Сусвет мела невялікія памеры, мела б яе край, альбо яго ўласцівасці пачалі мяняцца, калі мы паглядзелі на вялікія адлегласці, нашы вымярэнні гэтых з'яў выявілі б гэта. Назіраная прасторавая плоскасць Сусвету кажа нам пра тое, што ён не з'яўляецца ні станоўча, ні адмоўна выгнуты з дакладнасцю да 99,6%, гэта значыць, што, калі ён адкручваецца на сабе, не назіраецца Сусвет як мінімум у 250 разоў большая, чым цяпер бачная частка.

Велічыні гарачых і халодных кропак, а таксама іх маштабы паказваюць на крывізну Сусвету. Па меры магчымасцей мы лічым, што ён будзе ідэальна роўным. Акустычныя ваганні Барыёна і CMB разам забяспечваюць найлепшыя метады стрымлівання гэтага працэдуры да агульнай камбінаванай дакладнасці 0,4%. (SMOOT COSMOLOGY GROUP / LBL)

Мы ніколі не зможам убачыць што-небудзь блізкае да гэтых незвычайных адлегласцей. Будучыня бачнасці бачнасці прывядзе нас да адлегласцей, якія сёння праходзяць 61 мільярд светлавых гадоў, але не далей. Гэта дазволіць выявіць крыху больш чым удвая большы аб'ём Сусвету, які мы можам назіраць сёння. З іншага боку, Сусвет, які не назіраецца, павінен мець дыяметр не менш за 23 трлн светлавых гадоў і змяшчаць аб'ём прасторы, які ў 15 мільёнаў разоў большы за аб'ём, які мы можам назіраць.

Мадэляваная буйнамаштабная структура Сусвету паказвае складаныя ўзоры кластара, якія ніколі не паўтараюцца. Але з нашага пункту гледжання мы можам бачыць толькі абмежаваны аб'ём Сусвету, які выглядае адзіным на самых вялікіх маштабах. (V. SPRINGEL ET AL., MPA GARCHING і МІЛЬНІУМНАЯ МОДУЛЯЦЫЯ)

У той жа час, калі мы абдумваем Сусвет за межамі нашых назіранняў, варта памятаць, як мала ў гэтым Сусвеце мы можам атрымаць доступ ці наведаць. Усё, што мы з нецярпеннем чакаем для прагляду, заснавана на святле, які ўжо выпраменьваўся шмат мільярдаў гадоў таму: недалёка ад Вялікага выбуху ў часе. Як і сёння, нават калі б мы з'ехалі зараз са хуткасцю святла, мы б не змаглі дасягнуць амаль усіх галактык праз космас.

Цёмная энергія прымушае Сусвет не толькі пашырацца, але і для далёкіх галактык паскарацца ў выніку іх відавочнага спаду ад нас. Хоць ёсць у агульнай складанасці 4,7 трлн галактык, якія мы калі-небудзь зможам назіраць на адлегласці 61 мільярд светлавых гадоў, мяжа таго, што мы можам дасягнуць сёння, значна больш сціплы.

Назіраемы (жоўты, які змяшчае 2 трыльёны галактык) і дасяжны (пурпурны, які змяшчае 66 мільярдаў галактык) частак Сусвету, якімі яны з'яўляюцца дзякуючы пашырэнню прасторы і энергетычных кампанентаў Сусвету. За жоўтым кругам - яшчэ большы (уяўны), які змяшчае 4,7 трлн галактык, максімальную частку Сусвету, якая будзе нам даступная ў далёкай будучыні. (Э. СІГЕЛ, заснаваная на працы карыстальнікаў WIKIMEDIA COMMONS AZCOLVIN 429 AND FRÉDÉRIC MICHEL)

Толькі тыя галактыкі на працягу прыблізна 15 мільярдаў светлавых гадоў або чвэрць радыуса пры будучай мяжы бачнасці могуць быць дасягнуты сёння, што прыблізна да каля 66 мільярдаў галактык. Гэта толькі 1,4% ад агульнай колькасці галактык, якія калі-небудзь стануць нам бачнымі. Іншымі словамі, у будучыні ў нас будзе ўсяго 4,7 трыльёна галактык. Большасць з іх толькі калі-небудзь нам з'явіцца такімі, якімі яны былі ў вельмі далёкім мінулым, і большасць з іх ніколі не пабачыць нас такімі, якімі мы сёння. З усіх тых галактык, якія мы калі-небудзь убачым, 4,634 трлн з іх ужо назаўжды недаступныя, нават са хуткасцю святла.

Вы можаце заўважыць цікавае здарэнне: будучы мяжа бачнасці сапраўды роўны мяжы дасягальнасці (15 мільярдаў светлавых гадоў), дададзенай да цяперашняй мяжы бачнасці (46 мільярдаў светлавых гадоў). Гэта невыпадкова; Святло, якое ў канчатковым выніку дасягне нас, знаходзіцца менавіта ў той даступнай мяжы сёння, пасля праходжання 46 мільярдаў светлавых гадоў з часу Вялікага выбуху. Калі-небудзь, у будучыні, гэта прыйдзе нам на вочы. З кожным момантам, які праходзіць, мы набліжаемся да нашай найвышэйшай касмічнай пункту гледжання, калі святло з апошніх галактычных маніпуляцый працягвае сваё непазбежнае падарожжа да нас у Сусвет, якая пашыраецца.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".