Насколько далекими были самые дальние наблюдаемые в настоящее время космические события, когда было испущено их наблюдаемое в настоящее время излучение?

(Отредактировано для ясности. Спасибо Джеймсу К. и Коннору Гарсии.)

Этот вопрос о самых отдаленных, наблюдаемых космических объектах заставил меня задуматься, знаем ли мы расстояние, которое было между нами и ними во время (13,4 миллиарда лет назад, в приведенном примере) первоначального излучения от них света, который мы можем теперь смотри.

(Ответ: Спасибо Коннору Гарсии за указание на то, что ответ о 2,66 миллиардах световых лет был в примечаниях к странице галактики в Википедии (GN-z11, в настоящее время самая старая и самая далекая из известных галактик в наблюдаемой Вселенной), которую я связан с моим собственным вопросом. Я всегда могу рассчитывать на пользователей обмена стеками, которые услужливо укажут, что ответ, который я искал, был немного сложнее, лол. А если серьезно, спасибо за помощь, Коннор.)

Я могу понять, как расширение заставило их пройти расстояние в 30 с лишним миллиардов световых лет от нас (или, по крайней мере, я могу понять, почему это расстояние больше, чем свет может пройти за 14 миллиардов лет), но я не смог чтобы найти утверждение об их расстоянии от нас, когда они первоначально излучали свет, который мы видим сегодня.

Может ли кто-нибудь дать мне представление о том, насколько близко была эта галактика возрастом 13,4 миллиарда лет, когда она излучала свет, который мы видим сегодня?

Так ли это просто, как галактика, находящаяся на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет от нас в предполагаемое время в 400 миллионов лет после Большого взрыва ? И если да, то действительно ли пространство расширялось так быстро всего за 400 миллионов лет, что объекты могли находиться на расстоянии 13,4 миллиарда световых лет друг от друга (а некоторые и намного дальше, рискну предположить)?

«Инфляция» используется космологами как технический термин, и здесь он неверен. Вероятно, вам следует заменить его на «расширение», чтобы избежать осложнений.
Ответ находится в примечании на вики-странице, на которую вы ссылаетесь (выделение добавлено мной): «расстояние в 2,66 миллиарда световых лет между GN-z11 и Млечным Путем в то время, когда свет был испущен, увеличилось в раз. (z+1)=12,1 на расстояние 32,2 миллиарда световых лет за 13,4 миллиарда лет, которые потребовались свету, чтобы добраться до нас».
Тем не менее, я думаю, что все еще возможен отличный ответ, который объяснил бы, как можно получить цифру «2,66 миллиарда световых лет».
@КоннорГарсия, спасибо! Я не подумал проверить записи. Я был бы заинтересован в объяснении, но меня в первую очередь интересовали только приблизительные цифры, потому что я думал, что расстояние до них во время их излучения, возможно, было просто «расстоянием пути света» в 13,4 миллиарда лет в примере GN- я11.
Спасибо за разъяснение @JamesK, я отредактировал свой вопрос, чтобы отразить его.
Как насчет КМБ? В настоящее время он исходит из сферы радиусом 46 миллиардов световых лет, но на г ~1100.
Кстати, в ранней Вселенной нет проблем с тем, что объекты находились на большом расстоянии друг от друга. См. физику.stackexchange.com/q/ 136860/123208.

Ответы (1)

tl;dr Нет, к сожалению, это не так просто.

Космологические расстояния

Сопутствующее расстояние до объекта, имеющего красное смещение . г — т.е. координаты, которые расширяются вместе со Вселенной — вычисляются путем интегрирования уравнения Фридмана, принимая некоторые значения † для скорости расширения ЧАС 0 и параметры плотности { Ом р , Ом м , Ом к , Ом Λ } (излучение, материя, кривизна и темная энергия):

г с о м ( г ) "=" с ЧАС 0 ∫ 0 г г г Ом р ( 1 + г ) 4 + Ом м ( 1 + г ) 3 + Ом к ( 1 + г ) 2 + Ом Λ ,
где с это скорость света.

В общем случае это уравнение не имеет аналитического решения, а должно решаться численно. Я обычно использую для этого модуль Python astropy .

По определению, физическое расстояние г п час у с равно сопутствующему расстоянию сегодня . Поскольку красное смещение изменяется линейно с масштабным коэффициентом а , и с тех пор а определяется как 1 сегодня, наблюдая за объектом, имеющим красное смещение г означает, что свет, который мы видим, был испущен, когда а был равен 1 / ( 1 + г ) . Например, галактика, которая излучала свет, когда Вселенная была размером в четверть текущего размера (так что а был 0,25 ) будет иметь красное смещение г "=" 1 / а − 1 "=" 3 .

Другими словами, расстояние до объекта с красным смещением г когда она излучала свет, который мы видим, в 1+z раз меньше, чем сегодня (без учета относительно малых пекулярных скоростей галактик).

Самая далекая галактика

Текущий рекордсмен галактики по красному смещению, как вы говорите, GN-z11 с г "=" 11.1 ( Ош и др., 2016 ). Решение приведенного выше уравнения дает текущее расстояние

г п час у с , н о ж "=" 32,2 г л у р ,
(Глир составляет миллиард световых лет), и, следовательно, расстояние между GN-z11 и Млечным Путем было, когда он излучал свой свет примерно через 400 млн лет после Большого взрыва
г п час у с , т час е н "=" 32,2 г л у р 1 + 11.1 "=" 2,66 г л у р .

В качестве небольшого любопытства могу сказать, что GN-z11 удаляются от нас со скоростью примерно 4 с когда он излучал свой свет, а сегодня он «лишь» отступает на 2.2 с . И да, это разрешено .

Космический микроволновый фон

Возможно, есть несколько галактик с более высоким красным смещением, но они не подтверждены спектроскопически. Но в зависимости от вашего определения «события» вы можете утверждать, что космический микроволновый фон с г ≃ 1100 это самое расстояние. Текущее расстояние до газа, испустившего наблюдаемое реликтовое излучение, равно 45,4 г л у р (очень близко к краю наблюдаемой Вселенной на 46,3 г л у р ). Следовательно, этот газ был только 42 М л у р ( миллион световых лет), когда он излучал свой свет вскоре после Большого взрыва.

† Грубо, ЧАС 0 ≃ 70 к м с − 1 М п с − 1 , и { Ом р , Ом м , Ом к , Ом Λ } ≃ { < 10 − 4 , 0,3 , 0 , 0,7 }

Спасибо. это отлично прояснило ответ 2,66 Glyr. Чем больше я немного вникаю в эти астрономические темы, тем больше я уважаю вас, физиков и математиков. Тот факт, что мы начали фотографировать звезды только 150 лет назад, и мы перешли от предположений о Вселенной, возможно, в 100 000 световых лет в поперечнике, к наблюдаемой Вселенной , достигающей 126 МИЛЛИАРДОВ световых лет в поперечнике (если я правильно прочитал последний абзац вашего связанного поста) , вселяет в меня надежду на наше будущее, если мы сможем научить наших детей более критическому мышлению, смирению и удивлению этим существованием.
Я только что понял, что «маленькое любопытство», о котором вы упомянули, заставляет меня задаться вопросом, как GN-z11 мог так рано отдалиться от нас на 4c? Было ли сопутствующее расстояние примерно таким же, как сейчас, а пространственная метрика тогда просто расширялась с большей скоростью? Или это связано с инфляцией, все еще происходящей от теоретического происхождения Вселенной? (Теперь, когда я печатаю это, я также понимаю, что мне очень неясно, чем инфляция в результате Большого взрыва отличается от космологического расширения, если у вас есть какое-то прямое объяснение).
@Glycoversi Согласен, скорость, с которой разгоняются не только наши технологии, но и наше сознание, просто фантастическая. Несколько комментариев: 126 Glyr, о которых вы упоминаете, — это слишком много; радиус составляет ~ 46 Глир, поэтому ~ 92 Глира в поперечнике. Сопутствующее расстояние между галактиками всегда одинаково (за исключением небольшого «пекулярного» или «реального» движения); это определение сопутствующих координат. Но да, в прошлом пространство расширялось быстрее, но замедлялось из-за взаимного притяжения всей материи, а затем ускорялось из-за темной энергии. Инфляция аналогична, но имела (вероятно) другое…
…происхождение, было намного быстрее и продолжалось только до тех пор, пока Вселенная не 10 − 33 секунды старше. У меня нет прямого объяснения, поскольку инфляция слишком далека от моей зоны комфорта, но обычно считается, что механизм, управляющий инфляцией, представляет собой поле, отличное от поля темной энергии.
Насколько далекими были самые дальние наблюдаемые в настоящее время космические события, когда было испущено их наблюдаемое в настоящее время излучение?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v