Откуда наука знает, что такое ранняя Вселенная?

Я предполагаю, что вы имеете в виду недавний пресс-релиз о квазаре J043947.08+163415.7 , недавно наблюдавшемся с помощью Хаббла . В документе о наблюдениях подробно описано, как авторы измерили расстояние до квазара, вычислив его красное смещение — величину, которая описывает, как длина волны света меняется в зависимости от того, движется ли объект относительно наблюдателя. Затем в космологических масштабах красное смещение можно преобразовать в расстояния . Обычно мы видим квазары на$z>0.1$.

Как это обычно бывает, красное смещение квазара было определено по спектральным линиям — в данном случае излучение Mg II около 21000 ангстрем (см., в частности, вставку):

Было обнаружено, что эта эмиссионная линия имеет другую длину волны, чем если бы квазар находился в состоянии покоя, что позволило астрономам рассчитать его красное смещение:$z=6.511\pm0.003$.

Это типичный процесс, используемый для определения красного смещения и, следовательно, расстояния - ну, не обязательно с использованием этой конкретной линии Mg II, конечно, но, тем не менее, с использованием спектроскопии для измерения того, как изменяется положение спектральных линий. Разница между «рано» и «поздно» не совсем ясна и, вероятно, зависит от того, с кем вы разговариваете. Например, кто-то, изучающий Большой взрыв, может назвать период до рекомбинации «ранним», хотя мы видим квазар таким, каким он существовал намного позже; это не было вокруг для рекомбинации.

Я хотел бы отметить, что несколько вводит в заблуждение называть этот квазар самым ярким (или даже самым ярким из известных) квазаром во Вселенной , потому что, как отмечается в этом пресс-релизе, гравитационное линзирование галактикой переднего плана позволило обнаружить объект. , также увеличил его яркость. Кажется, что его яркость составляет 600 триллионов солнечных светимостей, но без линз это число уменьшается до 11 триллионов солнечных светимостей — гораздо более скромная цифра.

Чтобы ответить на вопрос «откуда наука знает, что рано, а что поздно?» простыми словами:

Мы знаем, что Вселенная расширяется . Из-за этого свет от предметов, находящихся дальше от нас, сильнее «растягивается» и смещается в красную сторону . Чем больше красное смещение, тем дальше проходит свет. Мы можем использовать формулы для расчета расстояния на основе величины красного смещения.

Чем дальше объект, тем больше времени требуется, чтобы этот свет достиг нас. Итак, если мы видим объект с очень большим красным смещением и знаем, что это означает, что он находится очень далеко, значит, свет должен пройти очень много времени, чтобы достичь нас. Вот как мы можем сказать, исходит ли свет очень давно, т.е. раньше в истории Вселенной. Изучая красное смещение квазара, о котором вы упомянули, мы можем понять, что свет, который мы сейчас видим, излучался 12,8 миллиарда лет назад, когда Вселенной был всего 1 миллиард лет. Это удивительно рано .

«Самый старый» свет, который мы можем обнаружить, — это космическое микроволновое фоновое (CMB) излучение , которое можно представить как «остаточное тепло» первоначального Большого взрыва. Когда мы смотрим на его красное смещение, мы можем подсчитать, что фотоны реликтового излучения начали двигаться к нам, когда Вселенной было около 380 000 лет. Мы не можем обнаружить более ранние фотоны, потому что Вселенная все еще была полна свободных электронов, которые рассеивали свет. По мере того как Вселенная охлаждалась достаточно, чтобы ионы водорода могли захватывать электроны и образовывать нейтральные атомы, «туман» рассеялся, и фотоны могли беспрепятственно путешествовать.