Обозримая вселенная: Обозримая Вселенная содержит в десять раз больше галактик, чем считалось прежде // Смотрим

Обозримая Вселенная содержит в десять раз больше галактик, чем считалось прежде // Смотрим

  • Профиль

Изучение древнейших галактик и дальних областей Вселенной

14 октября 2016, 16:46

  • Иллюстрация NASA/ESA/M. Giavialisco University of Massachusetts.

Астрономы провели своеобразную «перепись» числа галактик, и оказалось, что в обозримой Вселенной на самом деле в 10 раз больше галактик, чем принято считать. Данные помогут решить известный астрономический парадокс: почему ночью небо тёмное, если оно содержит бесчисленное количество звёзд?

В наблюдаемой астрономами (или обозримой) Вселенной существует, по крайней мере, в десять раз больше галактик, чем считалось прежде, сообщает NASA. Учёные пришли к такому выводу благодаря «переписи населения» дальнего космоса, проведённой благодаря наблюдериям космического телескопа «Хаббл» и других обсерваторий. Новые результаты помогут лучше понять процессы формирования галактик, а также решить астрономический парадокс: почему ночью небо тёмное?

Исследовательская группа под руководством Кристофера Конселиче (Christopher Conselice) из Ноттингемского университета, анализируя данные, обнаружила, что в ранней Вселенной в заданный объём космоса было «упаковано» примерно в десять раз больше галактик, чем было обнаружено на сегодняшний день.

При анализе данных команда «заглянула» на 13 миллиардов лет в прошлое, что привело их к удивительному выводу: количество галактик было распределено неравномерно на протяжении всей истории Вселенной. На самом деле оказалось, что их было в десять раз больше, когда Вселенной было всего несколько миллиардов лет.

Большинство этих галактик были относительно малы и тусклы и имели те же массы, что и сегодняшние галактики-спутники, окружающие Млечный Путь. Как только они объединились в более крупные галактики, то плотность распределения галактик в космосе сократилась. Таким образом количество галактик на протяжении всей истории Вселенной менялось.

«Полученные результаты являются веским доказательством того, что значительная эволюция галактики происходит на протяжении всей истории Вселенной, и что в наше время резко сокращается количество галактик за счёт слияний между ними. Тем самым их количество снижается», — объясняет Конселиче.

Один из самых фундаментальных вопросов в астрономии состоит в том, сколько галактик присутствует во Вселенной. Знаковое изображение Hubble Deep Field, сделанное в середине 1990-х годов, дало первое реальное представление о численности галактик во Вселенной. Последующие более тщательные наблюдения, например, Hubble Ultra Deep Field, выявили множество тусклых галактик.

Так учёные пришли к выводу, что в обозримой Вселенной содержится от 100 до 200 миллиардов галактик. Новое же исследование показывает, что цифра как минимум в десять раз занижена.

Конселиче и его исследовательская группа пришли к этому выводу, используя изображения дальнего космоса, полученные «Хабблом», и другие данные. Они тщательно преобразовали изображения в 3D-формат, чтобы сделать точные измерения количества галактик в разное время истории Вселенной (чем дальше от Млечного Пути та или иная галактика, тем дольше от неё до нас идёт испущенный ею свет, таким образом астрономы и «заглядывают» в прошлое космоса).

Кроме этого, учёные использовали современные математические модели – они помогли сделать вывод о существовании галактик, которые сегодняшние телескопы наблюдать не могут (не хватает чувствительности аппаратуры к тусклому свету).

В результате были получены неожиданные выводы: современные телескопы просто не могут увидеть около 90 процентов галактик в наблюдаемой Вселенной из-за того, что они слишком слабы или далеки.

«Уму непостижимо, что свыше 90 процентов галактик во Вселенной ещё только предстоит изучить. Кто знает, какие интересные особенности мы найдём, когда новые, более современные, телескопы обнаружат их? В скором будущем космический телескоп имени Джеймса Уэбба сможет исследовать такие ультратусклые галактики», — говорит Конселиче.

Уменьшение числа галактик с течением времени также способствует решению давнего парадокса Ольберса: почему ночью небо тёмное, если Вселенная содержит бесконечное число звёзд? Астрономы считают, что каждый кусочек неба демонстрирует только часть галактики из-за большого числа самих галактик.

Однако звёздный свет попросту теряется на фоне ярких галактик для человеческого глаза и даже для самых современных телескопов. Тут играют роль множество факторов, например, поглощение света межгалактической пылью и газом или динамическая природа Вселенной. Всё это в совокупности делает наше небо над головой тёмным даже в ночное время суток.

  • новости

Весь эфир

Что такое Метагалактика

Всё, что можно увидеть на данное время в самые мощные телескопы, весь обозримый космос называется Метагалактикой.  Ещё её называют нашей Вселенной. Состоит эта колоссальная структура из миллиарда галактик, и Млечный Путь – лишь пылинка в этой совокупности звёздных систем, границы которой стремительно расширяются. Активные исследования Метагалактики начались с построением телескопов достаточной степенью увеличения. С их помощью удалось заглянуть в очень далекий космос. Например, было установлено, что многие светлые пятна не просто туманности, а целые системы галактик.

Структура

Если взять среднюю плотность вещества Метагалактики, то она составит 10-31 – 10-32г/см3. Конечно, не всё пространство однотипно, есть неоднородности значительных масштабов, есть и пустоты. Некоторые галактики сгруппированы в системы. Они могут быть двойными или же более многочисленными, вплоть до сотен, тысяч и даже десятков тысяч галактик. Такие суперскопления называются облаками. К примеру, Млечный Путь, и ещё полтора десятка галактик, входят в местную группу, которая является частью огромного облака. Центральная часть этого облака – ядро, состоящее из скопления нескольких тысяч галактик. До этого образования, находящегося в созвездиях Волосы Вероники и Дева, всего 40 млн. световых лет. Но о строении Метагалактики пока известно очень мало. Это же относится и к её форме и размерам. Ясно лишь то, что не обнаруживается уменьшения плотности распределения галактик ни в одном из направлений. Это свидетельствует об отсутствии границ нашей Вселенной. Или же область, подвластная исследованиям, недостаточно велика. Фактически, структура Метагалактики выглядит, как пчелиные соты, а размеры их ячеек – 100 – 300 млн. световых лет. Внутренние полости сот – войды – практически пусты, а вдоль стенок располагаются кластеры из галактических скоплений.

Каковы её размеры

Как мы выяснили, Метагалактика – Вселенная, которую мы  в состоянии обозреть.  Она начала расширяться сразу же после своего появления (после Большого Взрыва). Её границы после взрыва определены по реликтовому излучению, поверхность последнего рассеянияПоверхность последнего рассеивания — удалённая область космоса, на которой сегодняшние фотоны реликтового излучения последний раз рассеялись ионизированной материей, сейчас с Земли представляется как сферическая оболочка. Ближе, чем эта поверхность, Вселенная являлась, по существу, уже прозрачной для излучения. Хотя поверхность имеет конечную толщину, она является относительно резкой границей. является самым удалённым объектом наблюдений.

За границами Метагалактики находятся объекты, возникшие независимо от результатов Большого взрыва нашей Вселенной, о которых неизвестно практически ничего.

Расстояния до сверхдальних объектов

Последние измерения самого удалённого объекта – реликтового излучения – выдали значение порядка 14 млрд. парсек. Такие размеры получились по всем направлениям, из чего следует, что Метагалактика, скорее всего, имеет формы шара. И диаметр этого шара – почти 93 млрд. световых лет. Если же посчитать его объём, то он составит около 11,5 трлн. Мпк3. Но известно, что сама Вселенная гораздо обширнее границ наблюдений. Самая же дальняя из обнаруженных галактик – UDFj-39546284. Она видима лишь в инфракрасном диапазоне. До неё 13,2 млрд. световых лет, и предстаёт она в таком виде, какою была, когда Вселенной исполнилось всего 480 млн. лет.

Наблюдаемая вселенная — Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Из Простой английской Википедии, бесплатная энциклопедия

Изображение Хаббла в сверхглубоком поле области наблюдаемой Вселенной (эквивалентный размер области неба показан в нижнем левом углу). Каждое пятно представляет собой галактику, состоящую из миллиардов звезд. Свет от самых маленьких галактик с наибольшим красным смещением возник почти 14 миллиардов лет назад

Визуализация трехмерной наблюдаемой Вселенной в 93 миллиарда световых лет или 28 миллиардов парсеков. Масштаб таков, что мелкие зерна представляют собой наборы большого количества сверхскоплений. Сверхскопление Девы — родина Млечного Пути — отмечено в центре, но оно слишком маленькое, чтобы его можно было увидеть на изображении 9.0003

В космологии Большого Взрыва наблюдаемая Вселенная — это то, что теоретически можно увидеть с Земли. То есть свет, или другие сигналы, [1] , которые успели достичь Земли с начала космологического расширения. Наблюдаемая Вселенная представляет собой сферический объем (шар) с центром на наблюдателе, независимо от формы Вселенной в целом. Каждое место во вселенной имеет свою собственную наблюдаемую вселенную, которая может пересекаться или не пересекаться с той, центром которой является Земля.

Слово наблюдаемое не зависит от того, действительно ли современные технологии позволяют обнаруживать излучение от объекта в этой области. Это просто означает, что возможно в принципе для света или других сигналов от объекта достичь наблюдателя на Земле. На практике мы многого не видим. Мы можем видеть свет только тогда, когда частицы впервые смогли излучать фотоны, которые не были быстро повторно поглощены другими частицами. До этого Вселенная была заполнена плазмой, непрозрачной для фотонов.

Иногда астрофизики различают видимую вселенную , которая включает только сигналы, излучаемые с момента рекомбинации, и наблюдаемую вселенную , которая включает сигналы с начала космологического расширения (то есть конца инфляционной эпохи в современной космологии). ). Радиус видимой Вселенной составляет около 14,0 миллиардов парсеков (около 45,7 миллиардов световых лет), а сопутствующее расстояние до края наблюдаемой Вселенной составляет около 14,3 миллиардов парсеков (около 46,6 миллиардов световых лет)9.0011 [2] примерно на 2% больше.

Наилучшая оценка возраста Вселенной на 2013 год составляет 13,798 ± 0,037 миллиарда лет. [3] Из-за расширения Вселенной люди наблюдают за объектами, которые изначально были намного ближе, но теперь находятся значительно дальше (согласно определению в терминах собственного космологического расстояния, равного сопутствующему расстоянию в настоящее время), чем статическое расстояние в 13,8 миллиардов световых лет. [4] Диаметр наблюдаемой Вселенной оценивается примерно в 28 миллиардов парсеков (93 миллиарда световых лет), [5] , в результате чего край наблюдаемой Вселенной находится на расстоянии около 46–47 миллиардов световых лет. [6] [7]

  1. ↑ Все электромагнитное излучение, а также гравитационные волны, все из которых ограничены скоростью света в вакууме.
  2. Готт III, Дж. Ричард; и другие. (2005). «Карта Вселенной» (PDF) . Астрофизический журнал . 624 (2): 463. arXiv:astro-ph/0310571. Бибкод: 2005ApJ…624..463G. дои: 10.1086/428890. S2CID 9654355.
  3. Сотрудничество Планка (2013). «Результаты Планка 2013. XVI. Космологические параметры». Представлено в Астрономию и Астрофизику . 571 : A16. архив: 1303.5076. дои: 10.1051/0004-6361/201321591. S2CID 118349591.
  4. Дэвис, Тамара М.; Лайнуивер, Чарльз Х. (2004). «Расширяющаяся путаница: распространенные заблуждения о космологических горизонтах и ​​сверхсветовом расширении Вселенной». Публикации Астрономического общества Австралии . 21 (1): 97. arXiv:astro-ph/0310808. Бибкод: 2004PASA…21…97D. дои: 10.1071/AS03040. S2CID 13068122.
  5. Ицхак Барс; Джон Тернинг (2009). Дополнительные измерения в пространстве и времени . Спрингер. стр. 27–. ISBN 978-0-387-77637-8 . Проверено 1 мая 2011 г.
  6. ↑ Часто задаваемые вопросы по космологии. Astro.ucla.edu. Проверено 1 мая 2011 г.
  7. Лайнуивер, Чарльз; Дэвис, Тамара М. (2005). «Заблуждения о Большом взрыве» (PDF) . Научный американец. Проверено 6 ноября 2008 г. .

Какую часть ненаблюдаемой Вселенной мы когда-нибудь сможем увидеть?

Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

Несмотря на то, что со времени Большого Взрыва прошли миллиарды лет, существует космический предел того, как далеко мы можем наблюдать за объектами, населяющими нашу Вселенную. Вселенная расширялась все это время, но скорость этого расширения конечна и хорошо измерена. Если бы мы подсчитали, какое расстояние фотон, испущенный в момент Большого Взрыва, мог пройти к сегодняшнему дню, мы получили бы верхний предел того, как далеко мы можем видеть в любом направлении: 46 миллиардов световых лет.

Это размер нашей наблюдаемой Вселенной, которая содержит около двух триллионов галактик, находящихся на разных стадиях эволюционного развития. Но помимо этого должно быть гораздо больше Вселенной за пределами того, что мы можем сейчас видеть: ненаблюдаемая Вселенная. Благодаря нашим лучшим измерениям той части, которую мы можем видеть, мы, наконец, выясняем, что находится за ее пределами, и какую часть этого мы когда-нибудь сможем воспринять и исследовать.

Пользователь Википедии Пабло Карлос Будасси

Большой взрыв говорит нам, что в какой-то момент в далеком прошлом Вселенная была горячее, плотнее и расширялась гораздо быстрее, чем сегодня. Звезды и галактики, которые мы видим во Вселенной во всех направлениях, существуют только потому, что Вселенная расширилась и остыла, позволив гравитации стянуть материю в комки. За миллиарды лет гравитационный рост подпитывал поколения звезд и формирование галактик, что привело к Вселенной, которую мы видим сегодня.

Куда бы мы ни посмотрели, во всех направлениях мы видим Вселенную, рассказывающую нам одну и ту же космическую историю. Но частью этой истории является тот факт, что чем дальше мы смотрим, тем дальше мы оглядываемся назад во времени. Вселенная не существовала вечно, формируя звезды и растущие галактики. Согласно Большому взрыву и наблюдениям, которые его подтверждают, у Вселенной было начало.

NASA / GSFC

На ранних стадиях после Большого взрыва Вселенная была наполнена разнообразными ингредиентами, и она начиналась с невероятно быстрой начальной скорости расширения. Эти два фактора – начальная скорость расширения и гравитационное воздействие всего во Вселенной – два главных участника космической гонки.

С одной стороны, расширение раздвигает все на части, растягивая ткань пространства и раздвигая галактики и крупномасштабную структуру Вселенной. Но, с другой стороны, гравитация притягивает все формы материи и энергии, работая над тем, чтобы снова сплотить Вселенную. Обычная материя, темная материя, темная энергия, излучение, нейтрино, черные дыры, гравитационные волны и многое другое играют роль в расширяющейся Вселенной.

Э. Сигел

Скорость расширения вначале была большой, но по мере расширения Вселенной она уменьшалась. Этому есть простая причина: по мере расширения Вселенной ее объем увеличивается, и поэтому плотность энергии уменьшается. С уменьшением плотности уменьшается и скорость расширения. Свет, который когда-то был слишком далеко от нас, чтобы его можно было увидеть, теперь может догнать нас.

Этот факт имеет огромное значение для Вселенной: со временем галактики, которые когда-то были слишком далеки, чтобы мы могли их открыть, спонтанно появятся в поле зрения. Возможно, с момента Большого взрыва прошло 13,8 миллиарда лет, но с расширением Вселенной есть объекты на расстоянии 46,1 миллиарда световых лет, свет от которых только что достигает нас.

Ларри Макниш из RASC Calgary Center, через http://calgary.rasc.ca/redshift.htm

В общем, если бы мы сложили все галактики, которые существуют в этом объеме пространства, мы бы обнаружили, что в нашей наблюдаемой Вселенной их целых два триллиона. Каким бы огромным ни было это число, оно все же конечно, и наши наблюдения не обнаруживают границ в пространстве в любом направлении, куда бы мы ни посмотрели.

Количество времени, прошедшее после Большого Взрыва, скорость света и составляющие нашей Вселенной определяют пределы того, что можно наблюдать. Дальше этого и даже что-то, движущееся со скоростью света с момента горячего Большого Взрыва, не успело добраться до нас.

Но со временем все изменится. По мере того, как проходят годы и эоны, свет, который не мог достичь нас, наконец догонит наши глаза, открывая больше Вселенной, чем мы когда-либо видели.

Вы можете подумать, что если бы мы ждали сколь угодно долго, то смогли бы видеть сколь угодно далекое расстояние, и что не было бы предела тому, какая часть Вселенной станет видимой.

Но во Вселенной с темной энергией это просто не так. По мере старения Вселенной скорость расширения не падает все ниже и ниже, приближаясь к нулю. Вместо этого остается конечное и важное количество энергии, присущей самой ткани пространства. С течением времени во Вселенной с темной энергией более отдаленные объекты будут удаляться от нас все быстрее и быстрее. Хотя есть еще много Вселенной, которую можно открыть, есть предел тому, какая часть ее когда-либо станет доступной для наблюдения.

НАСА и ЕКА

Основываясь на скорости расширения, количестве имеющейся у нас темной энергии и нынешних космологических параметрах Вселенной, мы можем рассчитать то, что мы называем будущим пределом видимости: максимальное расстояние, которое мы когда-либо сможем наблюдать. Прямо сейчас, во Вселенной возрастом 13,8 миллиардов лет, наш текущий предел видимости составляет 46 миллиардов световых лет. Наш будущий предел видимости примерно на 33% больше: 61 миллиард световых лет. Прямо сейчас есть галактики, свет которых находится на пути к нашим глазам, но еще не имел возможности достичь нас.

Если бы мы сложили все галактики в тех частях Вселенной, которые мы когда-нибудь увидим, но пока не можем получить к ним доступ сегодня, мы были бы потрясены, узнав, что галактик, которые еще предстоит открыть, больше, чем существует. галактик в видимой Вселенной. Есть еще 2,7 триллиона галактик, ожидающих, чтобы показать нам свой свет, вдобавок к 2 триллионам, к которым мы уже можем получить доступ.

Фредерик МИШЕЛЬ и Эндрю З. Колвин, комментарии Э. Сигеля

По сравнению с тем, что готовит нам будущее, в настоящее время мы видим только 43% галактик, которые когда-нибудь сможем наблюдать. За пределами нашей наблюдаемой Вселенной лежит ненаблюдаемая Вселенная, которая должна выглядеть точно так же, как та ее часть, которую мы видим. Мы знаем это благодаря наблюдениям космического микроволнового фона и крупномасштабной структуры Вселенной.

Если бы Вселенная была конечного размера, имела бы край или ее свойства начали бы меняться по мере того, как мы смотрим на большие расстояния, наши измерения этих явлений выявили бы это. Наблюдаемая пространственная плоскостность Вселенной говорит нам о том, что она не имеет ни положительного, ни отрицательного искривления с точностью до 99,6%, а это означает, что если она изгибается сама по себе, ненаблюдаемая Вселенная будет как минимум в 250 раз больше видимой в настоящее время части.

Космологическая группа Smoot / LBL

Мы никогда не сможем увидеть что-либо вблизи на таком невероятном расстоянии. Будущий предел видимости приведет нас к расстояниям, которые в настоящее время составляют 61 миллиард световых лет, но не дальше. Он покажет чуть более чем в два раза больший объем Вселенной, который мы можем наблюдать сегодня. С другой стороны, ненаблюдаемая Вселенная должна иметь диаметр не менее 23 триллионов световых лет и содержать объем пространства, который более чем в 15 миллионов раз превышает объем, который мы можем наблюдать.

В. Спрингел и др., MPA Garching, and the Millenium Simulation

Однако в то время, когда мы размышляем о Вселенной за пределами наших возможностей наблюдения, стоит помнить, как мало этой Вселенной мы можем получить или посетить. Все, что мы с нетерпением ждем, основано на свете, который уже излучался много миллиардов лет назад: по времени близко к Большому взрыву. В нынешнем виде, даже если бы мы улетели прямо сейчас со скоростью света, мы не смогли бы достичь почти всех галактик в космосе.

Темная энергия заставляет не только Вселенную расширяться, но и далекие галактики ускоряют свое кажущееся удаление от нас. Хотя существует в общей сложности 4,7 триллиона галактик, которые мы когда-нибудь сможем наблюдать на расстоянии 61 миллиарда световых лет, предел того, что мы можем достичь сегодня, гораздо скромнее.

Э. Сигел, на основе работы пользователей Викисклада Ацколвина 429 и Фредерика МИХЕЛЯ

Только те галактики в пределах приблизительно 15 миллиардов световых лет, или четверть радиуса в будущем пределе видимости, сегодня могут быть достигнуты, которые соответствует только около 66 миллиардам галактик. Это всего 1,4% от общего числа галактик, которые когда-либо станут нам видны. Другими словами, в будущем у нас будет в общей сложности 4,7 триллиона галактик. Большинство из них когда-либо предстанут перед нами такими, какими они были в очень далеком прошлом, и большинство из них никогда не увидят нас такими, какие мы есть сегодня. Из всех тех галактик, которые мы когда-нибудь увидим, 4,634 триллиона уже навсегда недостижимы, даже на скорости света.

Вы можете заметить интересное явление: будущий предел видимости точно равен достижимому пределу (15 миллиардов световых лет), добавленному к текущему пределу видимости (46 миллиардов световых лет).