แสงที่เก่าแก่ที่สุดมองเห็นจากโลกอายุเท่าไหร่

เนื่องจากแสงสามารถเดินทางได้อย่างรวดเร็วเท่านั้นแสงทั้งหมดที่เราเห็นในท้องฟ้าจึงถูกปล่อยออกมาในช่วงเวลาก่อนหน้า ดังนั้นถ้าเช่นเราเห็นซูเปอร์โนวาหรือเหตุการณ์ที่ยิ่งใหญ่อื่น ๆ ตามเวลาที่เราเห็นมันอาจนานกว่านั้น นั่นทำให้ฉันมีความอยากรู้อยากเห็นอะไรคือแสงที่เก่าแก่ที่สุดที่เราเห็นได้จากโลก

เอกภพน่าจะอายุประมาณ 13 + พันล้านปี แต่เราอาจจะไม่ได้อยู่ในขอบสุดของจักรวาลที่รู้จักดังนั้นแสงทั้งหมดที่เราเห็นน่าจะมีอายุน้อยกว่า 13 พันล้านปี แสงที่เก่าแก่ที่สุดที่เราเห็นคืออะไร? และในฐานะที่เป็นคำถามติดตามตัวเลือกเราจะรู้อายุของแสงนั้นได้อย่างไร

ฉันเดาว่าแสงนั้นอาจไม่เก่าอย่างแท้จริง แต่มันอาจชัดเจนว่าฉันขออะไรที่นี่อีกวิธีหนึ่ง: ระยะทางที่ไกลที่สุดที่ตอนนี้แสงที่มองเห็นได้จากโลกได้เดินทางไปถึงโลกแล้วหรือยัง? แม้ว่าการปฏิรูปของคำถามจะพันกันด้วยเอฟเฟกต์เลนส์

ไฟที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาลเป็นไมโครเวฟพื้นหลัง ประมาณ 380,000 ปีหลังจากบิ๊กแบงโปรตอนและอิเล็กตรอน"รวมตัวกันใหม่" ¹เป็นอะตอมไฮโดรเจน ก่อนหน้านี้โฟตอนใด ๆ ที่กระจายออกจากอิเล็กตรอนอิสระในพื้นที่เติมพลาสม่าและเอกภพนั้นทึบแสง เมื่อเกิดการรวมตัวกันอีกครั้งโฟตอนก็สามารถ"แยก"ออกจากอิเล็กตรอนและเคลื่อนที่ผ่านอวกาศได้โดยไม่มีข้อ จำกัด รังสีที่ระลึกนี้ยังคงสังเกตได้ในปัจจุบัน มันได้รับการ redshifted และระบายความร้อนด้วย

เราสามารถตรวจจับแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลและเรามี มันสมเหตุสมผลมากกว่าที่จะพูดคุยเกี่ยวกับระยะทางในแง่ของredshift ; ยิ่ง Redshift ยิ่งใหญ่วัตถุก็จะยิ่งห่างออกไป มีวัตถุ redshift ที่สูงมากจำนวนหนึ่งซึ่งบางส่วนได้รับการยืนยันการวัดของพวกเขาและอื่น ๆ ที่ไม่ได้มี ผู้สมัคร ได้แก่

• MACS0647-JD (redshift $z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$ ) กาแลคซีที่ห่างไกลมาก
• UDFj-39546284 (redshift จาก$z=10$ถึง$z=12$ ), กาแลคซีหรือโปรโตแกแลคซี่อีกอันหนึ่ง (แม้ว่าระยะทางของมันไม่แน่นอนและธรรมชาติที่แน่นอนก็แน่นอน)
• GN-z11 (redshift $z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$ ) กาแลคซีที่ห่างไกลมาก

วัตถุทั้งหมดเหล่านี้น่าจะก่อตัวขึ้นมาหลายร้อยล้านปีหลังจากบิกแบงดังนั้นแสงที่เราเห็นจากพวกมันนั้น "อายุน้อยกว่า" มากกว่าพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาล

^{1 ฉันไม่เคยชอบการใช้งานในบริบทนี้เพราะนี่เป็นครั้งแรกที่พวกเขารวมกัน "อีกครั้ง" นั้นเป็นประเภทที่ทำให้เข้าใจผิด}

แสงที่เก่าแก่ที่สุดที่เราเห็นคืออะไร?

พื้นหลัง Cosmic ไมโครเวฟถือเป็นรังสี EM ที่เก่าแก่ที่สุดที่ตรวจจับเรา มันอยู่ในสเปกตรัมไมโครเวฟดังนั้นจึงไม่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า แต่ถูกหยิบขึ้นมาโดย "กล้องโทรทรรศน์วิทยุ" เราเรียกมันว่า "แสง" ในแง่กว้าง

สิ่งหนึ่งที่น่าทึ่งเกี่ยวกับรังสีพื้นหลังนี้คือความสม่ำเสมอในทุกทิศทาง นักดาราศาสตร์ให้เหตุผลว่าความสม่ำเสมอนั้นแรงเกินกว่าที่จะเป็นแหล่งกำเนิดของสิ่งที่ยิ่งใหญ่อย่างบอลลูนขนาดใหญ่ได้ ... แต่นั่นอาจเป็นกรณีที่มันห่างกันมากจริง ๆ

ถ้ามันมีขนาดใหญ่เท่าที่เห็นจริง ๆ มันจะต้องใช้เวลาสองเท่าของอายุของจักรวาลสำหรับอีกด้านหนึ่งที่จะได้รับผลกระทบจากอีกด้านหนึ่ง! แต่นักดาราศาสตร์เชื่อว่าสิ่งที่เราเห็นคือร่างกายที่เล็กมากซึ่งใหญ่ขึ้น นั่นเป็นเหตุผลที่มันดูเหมือนกันในแต่ละทิศทาง การเติบโตบางอย่างเรียกว่าการขยายตัวแบบวัดของอวกาศและมีความหมายแตกต่างจากการเติบโตปกติ

เราจะรู้อายุของแสงนั้นได้อย่างไร

อายุของแสงพื้นหลังของจักรวาลสามารถกำหนดได้ทางอ้อมก่อนโดยรู้ว่าบิกแบงนั้นเกิดขึ้นนานแค่ไหนแล้วโดยการหาเมื่อแสงถูกเปล่งออกมาในเส้นทางบิกแบง

โดยการเปรียบเทียบอัตราที่ทุกสิ่งดูเหมือนว่าจะใหญ่ขึ้นกับขนาดของทุกสิ่งที่ดูเหมือนว่าจะเป็นเช่นเดียวกับที่คุณอาจประเมินว่าจะใช้เวลานานเท่าใดในการขับรถไปยังสถานที่ที่กำหนดความเร็วของถนนและระยะทาง ค่าคงที่ฮับเบิลคงที่ฮับเบิลสิ่งนี้ช่วยให้เราคำนวณว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้นนานเท่าไร

นอกจากนี้ยังมี "คลื่นเสียง" ( baryonic acoustic oscillations ) ที่สิ่งเก่าแก่ที่เราเห็นรวมถึงพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิคได้รับความสว่างและหรี่ลงตามจังหวะเหมือนลูกตุ้มนาฬิกา พวกเขาสามารถวัดได้ทั้งซ้ายขวา (สำหรับสิ่งที่เคลื่อนไหว) หรือโดยการตรวจสอบวิดีโอ (สำหรับสิ่งที่นิ่ง) การวัดจังหวะเหล่านี้และเปรียบเทียบกับค่าคงที่ฮับเบิลยังช่วยในการคำนวณว่าบิ๊กแบงเกิดขึ้นนานเท่าไร

ในที่สุดพื้นหลังไมโครเวฟมีคุณสมบัติทางกายภาพ (เช่นอุณหภูมิและความหนาแน่น) ที่ทำให้เราสามารถพิจารณาได้ว่าเมื่อใดที่ปล่อยออกมาในระหว่างการขยายตัวและการทำให้เย็นของ Big Bang เมื่อใช้ร่วมกับการคำนวณทั้งหมดนี้เป็นวิธีที่เราคำนวณอายุของแสงพื้นหลังไมโครเวฟคอสมิค

นักดาราศาสตร์เชื่อว่าสิ่งนี้คำนวณรวมกัน (เรียกว่า "LCDM", "แลมบ์ดา-CDM" หรือ "บิ๊กแบงจักรวาลวิทยา") เป็นสิ่งที่ดีมากเพราะตัวเลขที่แตกต่างกันทำเส้นขึ้นส่วนใหญ่ * พวกเขายินดีที่จะรายงานสิ่งที่ค้นพบที่ดีมากขึ้นเมื่อเร็ว ๆ นี้ในปี 2018 เมื่อการศึกษาที่เรียกว่าการสำรวจพลังงานมืดเสร็จสิ้น อย่างไรก็ตามเนื่องจาก LCDM มีสมมติฐานบางอย่างที่อาจไม่สามารถตรวจสอบได้และเนื่องจากยังมีข้อขัดแย้งที่ไม่สามารถอธิบายได้เราจึงไม่ทราบว่าการคำนวณแบบอื่นจะดีกว่าหรือไม่หากว่ามันยังเหมาะสมกับการวัด

เราจะรู้ได้อย่างไรว่านี่คือแสงที่เก่าแก่ที่สุด?

มันเป็นแค่การคิดถึงคุณสมบัติทางกายภาพของพื้นหลังไมโครเวฟจักรวาลและคิดถึงเมื่อช่วงบิกแบงมันต้องปล่อยแสงออกมานักดาราศาสตร์ระบุว่ามันเป็นแสงที่เก่าแก่ที่สุดในเอกภพที่มีอายุมากกว่าดาวหรือกาแล็กซี่ใด ๆ มันไม่ได้บอกเราว่ามันมีอายุเท่าไร ในความเป็นจริงนักดาราศาสตร์มักจะทำให้แน่ใจว่าไม่ใช่แค่ฝุ่นบนกล้องโทรทรรศน์!

พื้นหลังไมโครเวฟไมโครเวฟไกลแค่ไหน

นี่เป็นคำถามที่ตอบยากมาก จากข้อมูลของบิ๊กแบงจักรวาลวิทยาพื้นหลังไมโครเวฟของจักรวาลไม่ใช่ "ที่ไหนสักแห่ง" แต่มันกลับมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง และระยะทางที่เดินทางเนื่องจากบิ๊กแบงนั้นแตกต่างจากเวลาที่คูณด้วยความเร็วแสงเนื่องจากการขยายตัวของพื้นที่ นี่เป็นผลมาจากการหดตัวตามความยาวสัมพัทธ์เนื่องจากความเร็วที่ทุกอย่างเคลื่อนไหว

จักรวาลที่สังเกตได้นั้นอายุน้อยกว่าจักรวาลที่ยิ่งใหญ่กว่าหรือเปล่า

การคำนวณระยะเวลาจากบิกแบงถึงตอนนี้ให้ผลลัพธ์เหมือนกันไม่ว่าคุณจะพิจารณาเอกภพที่สังเกตได้ของเราหรือเอกภพที่ยิ่งใหญ่ที่อาจมีอยู่ นั่นเป็นเหตุผลที่อายุของจักรวาลของเรานั้นเหมือนกับอายุของจักรวาล

* การศึกษาที่แตกต่างกันบางอย่างเพื่อตรวจสอบค่าคงที่ฮับเบิลได้ให้ cosmologists หยุดชั่วคราว ( ลิงค์ 1 , ลิงค์ 2 ); ขึ้นอยู่กับส่วนใดของเอกภพที่คุณมองมันอาจจะใกล้ถึง 67 หรืออาจใกล้ถึง 73 ในหน่วยมาตรฐาน

นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกาแลคซีชื่อ GN-z11 (ซึ่งได้รับการกล่าวถึงแล้วโดยHDE 226868 ) ซึ่งมีอยู่เพียง 400 ล้านปีหลังจากบิกแบงหรือประมาณ 13.3 พันล้านปีก่อน:

กาแล็กซี่ที่ไกลที่สุดยังแตกบันทึกระยะทางของจักรวาล

การค้นพบดาวอายุ 10 พันล้านปีเพิ่งประกาศเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว:

ดาวฮับเบิลพบจุดที่ไกลที่สุดเท่าที่เคยมีมา

นี่คือรายชื่อของวัตถุทางดาราศาสตร์ที่ห่างไกลในวิกิพีเดีย

คุณตั้งคำถามสองข้อโดยใช้ความหมาย:

• "แสงที่เก่าแก่ที่สุดมองเห็นได้จากโลก"

จากคำตอบของ @ Pelaถึง: เหตุใดจึงมีความแตกต่างระหว่างขอบฟ้าเหตุการณ์จักรวาลและอายุของจักรวาล - ดังนั้นใน ~ 100M ปีแสงที่อยู่ไกลที่สุดจะมาถึงเราจากระยะทางกว่า 116 ล้านปีแสง

16 Gly ที่ระยะห่างจากขอบฟ้าเหตุการณ์วันนี้เป็นเรื่องบังเอิญ มันไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับยุคของจักรวาล มันขึ้นอยู่กับการขยายตัวในอนาคตของเอกภพเท่านั้นซึ่งขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของส่วนประกอบของจักรวาล (Ωb, ΩDM, ΩΛ, ฯลฯ ) หากเอกภพถูกครอบงำโดยสสาร (หรือการแผ่รังสี) ก็จะไม่มีขอบฟ้าเหตุการณ์: ไม่มีกาแล็กซี่ไกลมากจนมองไม่เห็นเราถ้าเราแค่อดทนรอ กาแลคซีอยู่ห่างออกไป 10,000 ล้านปีแสง? รอนานพอ (ขึ้นอยู่กับความหนาแน่นที่แท้จริง)

อย่างไรก็ตามจักรวาลของเรานั้นถูกครอบงำด้วยพลังงานมืดซึ่งจะเร่งการขยายตัวโดยไม่มีขอบเขต น่าเสียดายนี่หมายความว่าแสงที่ออกจากกาแลคซี 17 Gly ในวันนี้จะถูกพาไปโดยการขยายตัวที่เร็วกว่าที่มันสามารถเดินทางมาหาเรา ในทางตรงกันข้ามแสงที่ปล่อยออกมาจากกาแลคซี 15 Gly ในวันนี้จะเดินทางไปในทิศทางของเรา แต่อย่างไรก็ตามในตอนแรกจะย้ายออกไปจากเราเนื่องจากการขยายตัว อย่างไรก็ตามการเดินทางมาหาเราทำให้อัตราการขยายตัวนี้เล็กลงเรื่อย ๆ (เนื่องจากอัตราการขยายตัวเพิ่มขึ้นตามระยะทางจากเรา) และหลังจากผ่านไประยะหนึ่งมันจะเดินทางไปจนได้เอาชนะการขยายตัวและเริ่มลดระยะห่างจากเราและ ในที่สุดก็มาถึงเราหลังจาก 100 Gyr หรือมากกว่านั้น

• "ฉันเดาว่าแสงนั้นอาจไม่เก่าอย่างแท้จริง แต่มันอาจชัดเจนว่าฉันขออะไรอยู่ที่นี่อีกทางหนึ่ง: ระยะทางที่ไกลที่สุดที่ตอนนี้แสงที่มองเห็นได้จากโลกได้เดินทางไปถึงโลกหรือไม่ ของคำถามที่ได้รับการพันกันกับเอฟเฟ็กเลนส์? "

ใช่นั่นเป็นคำถามที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง ...

ดูหนึ่งในเอกสารที่เก่าที่สุด: "การขยายความสับสน: ความเข้าใจผิดที่พบบ่อยของขอบเขตอันไกลโพ้นทางดาราศาสตร์และการขยายตัว Superluminal ของจักรวาล " โดย Davis และ Lineweaver (2003)

ใหม่กว่าทำงาน:

" อดีตที่เป็นสาเหตุร่วมและอนาคตของเหตุการณ์เกี่ยวกับดาราศาสตร์ " โดย Friedman, Kaiser และ Gallicchio (2013)

" บทสรุป: ... ในขณะที่ความหนาแน่นเชิงพื้นที่ของกาแลคซีกลุ่มและควาซาร์เชื่อว่าจะสะท้อนความสัมพันธ์ที่เกิดขึ้นในช่วงเงินเฟ้อมันยังคงเป็นคำถามที่เปิดกว้างว่าเหตุการณ์ยุคยุคเงินเฟ้อในสถานที่ที่กระจัดกระจายเกิดขึ้นในภายหลัง - สามารถให้สัญญาณความสัมพันธ์ที่สังเกตได้ระหว่างคู่ของเหตุการณ์ควาซาร์ในที่สุดในสถานที่เดียวกัน comoving พันล้านปีหลังจากการก่อกวนความหนาแน่นของอัตราเงินเฟ้อถูกตราตรึงใจ

ในการปิดเราทราบว่าข้อสรุปทั้งหมดของเราตั้งอยู่บนสมมติฐานที่ว่าประวัติศาสตร์การขยายตัวของเอกภพที่สังเกตเห็นได้ของเราอย่างน้อยนับตั้งแต่สิ้นสุดภาวะเงินเฟ้ออาจอธิบายได้อย่างถูกต้องโดยทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของแคนนอนและ FLRW เมตริก สมมติฐานเหล่านี้สอดคล้องกับการค้นหาเชิงประจักษ์ล่าสุดสำหรับทอพอโลยีแบบไม่สำคัญซึ่งไม่พบสัญญาณที่สามารถสังเกตเห็นได้ของโทโพโลยีขนาดกะทัดรัดสำหรับโดเมนพื้นฐานจนถึงขนาดของพื้นผิวของการกระเจิงครั้งสุดท้าย

$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$$z_B = 3$$R_{0χA} = 11.11$$R_{0χB} = 21.25$$R_{0τA}/c = 35.09$$R_{0τB}/c = 24.95$$R_{0χAB} = 10.14$$R_{0τAB}/c = 13.84$$R_{0τ0}/c = 46.20$$a(τ)$$t$

ดูเพิ่มเติมที่: " สาเหตุอันกว้างใหญ่ในจักรวาลที่กระเด้ง " โดย Bhattacharya, Bari และ Chakraborty (2017):

" บทสรุป:งานปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าปัญหาเวรกรรมในจักรวาลนั้นมีความสัมพันธ์กับความเข้าใจในขั้นตอนต่าง ๆ ของเอกภพในช่วงระยะหดตัวเนื่องจากความเข้าใจของเราเกี่ยวกับขั้นตอนการหดตัวนั้นเป็นการคาดเดาแบบจำลองที่เราใช้ ธรรมชาติของเส้นขอบฟ้าของอนุภาคยังคงอยู่เหนือความเรียบง่ายผู้เขียนปัจจุบันเชื่อว่าแม้ว่าปัญหาเชิงสาเหตุในการสะท้อนรูปแบบของจักรวาลยังห่างไกลจากการแก้ไขบทความในปัจจุบันแสดงให้เห็นถึงปัญหาเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณที่เราต้องหลีกเลี่ยงในอนาคต . "

คำตอบสั้น ๆ : มัน46.9B ปีแสง อีกหน้าวิกิพีเดียบอกว่า: 46.6B ปีแสง ผู้เชี่ยวชาญด้านบนคำนวณ 46.2

2 เมษายน 2018 บทความของ CNN กล่าวว่า:

นักวิทยาศาสตร์ตรวจจับ 'ลายนิ้วมือ' ของแสงแรกในจักรวาล "

ตามบิ๊กแบงนักฟิสิกส์เชื่อว่ามีเพียงความมืดในจักรวาลเป็นเวลาประมาณ 180 ล้านปีซึ่งเป็นช่วงเวลาที่นักวิทยาศาสตร์รู้จักกันในชื่อ Cosmic“ ยุคมืด”

ดังนั้นฉันคิดว่าคำตอบของคุณอาจเป็นว่าบิ๊กแบง + 180 ล้านปีเป็นแสงที่เก่าแก่ที่สุดที่เราเห็น