Какова связь между космическим микроволновым фоном и сферой Хаббла?

Здесь следует рассмотреть четыре области, которые схожи по концепции, но имеют заметно разные последствия. Сначала я проясню вопрос о сфере Хаббла и наблюдаемой Вселенной.

Начнем с того, что наблюдаемая Вселенная (также известная как световой конус) — это область Вселенной, о которой мы можем получить информацию. Его диаметр составляет 93 миллиарда световых лет. Сфера Хаббла , с другой стороны, — это область, в которой объекты удаляются от нас медленнее, чем скорость света. Его диаметр составляет 28,8 миллиарда световых лет; ясно, что большая часть наблюдаемой Вселенной находится за пределами сферы Хаббла. Davis & Lineweaver (2003) представили хорошую диаграмму:

Почему несоответствие? Причина в том, что фотоны, испускаемые объектами за пределами сферы Хаббла, могут проникать в области пространства, которые удаляются от нас немного медленнее, чем та, из которой они были испущены. Затем они могут ползти в области, которые расширяются медленнее, чем предыдущая, и так далее. В конце концов, фотоны достигнут областей пространства, которые не расширяются быстрее света, и они смогут достичь нас. Следовательно, ради наблюдения нас интересует только наблюдаемая Вселенная, а не сфера Хаббла.

Теперь есть расстояние, за которым пространство расширяется быстрее, чем свет может его пройти. Это расстояние называется космическим горизонтом событий . Свет из-за горизонта событий никогда не достигнет нас. Наша наблюдаемая Вселенная растет, потому что в поле нашего зрения попадает больше фотонов. Однако наблюдаемая Вселенная будет асимптотически приближаться к горизонту событий, поскольку свет оттуда никогда не сможет нас достичь.

---

Наконец, вернемся к вопросу о CMB. Реликтовое излучение возникло не в результате самого Большого взрыва, а в результате события примерно через 10 секунд после него, называемого нуклеосинтезом Большого взрыва . По сути, Вселенная была настолько горячей, что атомные ядра постоянно сплавлялись друг с другом. Эти слияния высвободили излучение, которое в конечном итоге превратилось в реликтовое излучение. Даже после того, как Вселенная достаточно остыла, чтобы остановить нуклеосинтез, она была очень плотной, поэтому фотоны реликтового излучения постоянно сталкивались со свободными электронами и рассеивались на них.

В конце концов (через 378 000 лет после Большого взрыва) Вселенная расширилась настолько, что фотоны реликтового излучения могли свободно перемещаться, поэтому, рассеявшись в последний раз, миллиарды лет спустя они направились прямо к нашим глазам.

В настоящее время, когда мы смотрим дальше, мы видим Вселенную во все более и более старые времена. Точка, где мы увидим фотоны реликтового излучения, называется поверхностью последнего рассеяния , которая немного меньше наблюдаемой Вселенной. Кроме того, фотоны реликтового излучения по-прежнему будут рассеиваться, а не приближаться к нам.