Сфера хаббла: Объем Хаббла — frwiki.wiki

Объем Хаббла — frwiki.wiki

Объем Хаббла (или Хаббл сфера ) представляет собой сферическую область от Вселенной, окружающий наблюдателя и за пределами которого небесные объекты или звезды отойти на реальной скорости Большого, чем скорость света в вакууме (то есть ₀ ) в связи с расширением из Вселенная . Таким образом, для наблюдателя, находящегося на планете Земля, объем Хаббла сосредоточен на последней.

Комобильный радиус сферы Хаббла (иногда называемый «  радиусом Хаббла  » или «длиной Хаббла») соответствует, где — скорость света в вакууме, а — постоянная Хаббла . По принятым значениям этих параметров объем Хаббла оценивается примерно в 10 ³¹ кубический световой год (al ³ ). Его поверхность называется «микрофизический горизонт», «поверхность Хаббла», «предел Хаббла», «горизонт Хаббла» или «фотонный горизонт».
против0/ЧАС0{\ displaystyle c_ {0} / H_ {0}}против0{\ displaystyle c_ {0}}ЧАС0{\ displaystyle H_ {0}}

В более общем смысле термин «объем Хаббла» может также обозначать любую область пространства, имеющую порядок объема . {3}}

Резюме

• 1 Космологический горизонт
  • 1.1 Сверхсветовая скорость
• 2 Возраст Вселенной
• 3 Примечания и ссылки
• 4 См. Также

Космологический горизонт

Предел Хабблого (прокатка сферы) также известен как горизонт от фотонов и был бы один из трех космологических горизонта, два других на частицах горизонта и горизонт событий .

Астрономические объекты, расположенные на пределе Хаббла наблюдателя, находящегося на Земле, имеют среднюю скорость передвижения относительно последнего. Таким образом, во Вселенной, где параметры Хаббла постоянны, свет, излучаемый в настоящий момент объектами, находящимися за пределами Хаббловского предела наблюдателя, никогда не будет восприниматься последним. В этом случае предел Хаббла совпадает с горизонтом событий.
против0{\ displaystyle c_ {0}}

Однако параметр Хаббла непостоянен в некоторых космологических моделях. Таким образом, предел Хаббла, как правило, не совпадает с горизонтом событий. Так, например, в замедляющейся Вселенной Фридмана сфера Хаббла расширяется быстрее, чем Вселенная, и позволяет получить доступ к ранее недоступному свету. И наоборот, в ускоряющейся Вселенной сфера Хаббла растет медленнее, чем Вселенная, и ранее доступный свет становится недосягаемым. В этом случае параметр Хаббла со временем уменьшается, а радиус Хаббла увеличивается. Но из — за существования постоянной космологии, Λ, отлична от нуля, то радиус Хаббла будет расти асимптотически к предельному значению, обозначается Н _Λ = с (Λ / 3) ^½ . По данным 2018 года планковском миссии, Л = 1,091 ± 0,025 10 ^-52 м ^-2 и, следовательно, Н _Л = 1.808 10 ^-18 с ^-1 = 55,8 км / с / Мпк, значение, которое должно быть по сравнению с текущим значением, согласно PLANCK, H ₀ = 2,184 ± 0,016 ^10-18 с ^-1 = 67,4 ± 0,5 км / с / Мпк. Таким образом, максимальный радиус Хаббла будет R _Λ = c / H _Λ = (3 / Λ) ^½ = 1,66 10 ²⁶ м = 17,5 миллиардов аллель, а сфера Хаббла будет иметь максимальное значение порядка 2255 10 ³¹ ал ³, значения для сравнения с текущими, согласно PLANCK: R _H = c / H ₀ = 1,373 10 ²⁶ м = 14,5 млрд. алл. и объем 1 279 10 ³¹ ал. ³, или 57% от его будущего окончательного объема. Отношение ( H _Λ / H ₀ ) ² = ( R ₀ / R _Λ ) ² = 0,685 является текущим значением параметра плотности темной энергии, Ω _Λ, согласно PLANCK.

Сверхсветовая скорость

Расширение Вселенной в виде пирога с изюмом.

Нюанс между наблюдаемой Вселенной и сферой Хаббла подразумевает существование небесных тел, удаляющихся со скоростью большей, чем скорость света. На первый взгляд может показаться, что это противоречит специальной теории относительности, которая утверждает, что скорость света неизменна. Однако удаление может происходить быстрее скорости света, потому что оно связано не с движением вовлеченных объектов, а скорее с пространством, в котором они расположены.

Возраст Вселенной

В соответствии с моделью ΛCDM, радиус Хаббла ( ) оценивается в 14 миллиардов световых лет, что немного больше, чем продукт от возраста Вселенной, 13,8 миллиарда лет. Это потому, что (время Хаббла ) дает возраст Вселенной путем обратной экстраполяции, которая предполагает, что скорость удаления каждой галактики постоянна. Однако более поздние наблюдения показывают, что скорость рецессии немного увеличивается. Считается, что это изменение связано с темной энергией . Итак, дайте только приблизительное представление о возрасте Вселенной.
против0/ЧАС0{\ displaystyle c_ {0} / H_ {0}}против0{\ displaystyle c_ {0}}1/ЧАС0{\ displaystyle 1 / H_ {0}}1/ЧАС0{\ displaystyle 1 / H_ {0}}

Примечания и ссылки

Заметки

(fr) Эта статья частично или полностью взята из статьи в англоязычной Википедии под названием «  Объем Хаббла  » ( см. список авторов ) .

1. ↑ сфера является поверхностью . Таким образом, правильнее было бы сказать, что сфера Хаббла ограничивает объем Хаббла.
2. ↑ Пример неправильного использования см. (В) Макс Тегмарк, Дж. Д. Дэвис и К. Л. Харпер, Наука и абсолютная реальность: от кванта к космосу, Cambridge University Press ,2004 г., 459 сл  . ( ISBN  0-521-83113-X, читать онлайн ) , «Параллельные вселенные»
3. ↑ Горизонт событий — это граница, разделяющая события, которые видны в определенное время, и те, которые никогда не появятся.

Рекомендации

1. ↑ ^{a и b} (in) Эдвард Роберт Харрисон, Маски Вселенной, Cambridge University Press ,2003 г.( ISBN  0-521-77351-2, читать онлайн ), стр.  206
2. ↑ (in) »  The Size of the Universe  » (доступ 2 июня 2014 г. )
3. ↑ (in) (in) Н. и Г. Карлеваро Монтани »  Исследование квазиизотропного решения вблизи космологической сингулярности при наличии объемной вязкости  «2009 г..
4. ↑ ^{a b и c} (en) (en) TM Davis & CH Linewater »  Расширяющееся замешательство: распространенные заблуждения о космологических горизонтах и ​​сверхсветовом расширении Вселенной  «,2003 г. .
5. ↑ (in) Эдвард Роберт Харрисон, Маски Вселенной, Cambridge University Press ,2000 г.( ISBN  0-521-66148-X, читать онлайн ), стр.  439
6. ↑ Жан-Пьер Люмине, Мятая вселенная, Париж, Файяр, колл.  «Le Temps des Sciences»,2001 г., 372  с. ( ISBN  978-2-213-60910-2, OCLC  494177643, уведомление BnF п ^о  FRBNF37691769, читать онлайн ), стр.  95
7. ↑ (in) Итан Сигель, «  Может ли пространство расширяться быстрее скорости света?  «, Спросите Итана ,21 марта 2015 г. ( читайте онлайн, консультация 22 марта 2015 г. )
8. ↑ (in) Джон Л. Тонри, Брайан П. Шмидт, Брайан Баррис, Пабло Кандиа, Питер Чаллис, Алехандро Клоккьятти, Элисон Л. Койл, Алексей В. Филиппенко и Питер Гарнавич, «  Космологические результаты сверхновых с высоким z  », Astrophys J, т.  594, г.2003 г., стр.  1 ( DOI  10.1086 / 376865, Bibcode  2003ApJ … 594 …. 1T, arXiv  astro-ph / 0305008 )

Смотрите также

• Закон Хаббла
• Радиус Хаббла
• Время Хаббла
• Соответствующее время

<img src=»https://fr.wikipedia.org/wiki/Special:CentralAutoLogin/start?type=1×1″ alt=»» title=»»>

Что такое видимая Вселенная? — Мастерок.

жж.рф — LiveJournal

Если бы наша Вселенная не расширялась, и скорость света стремилась к бесконечности, вопросы «видим ли мы всю Вселенную?» или «как далеко мы можем видеть Вселенную?» не имели бы смысла. Мы бы «в прямом эфире» видели бы все, что происходит в любом уголке космического пространства.

Но, как известно, скорость света конечна, а наша Вселенная расширяется, причем делает это с ускорением. Если скорость расширения постоянно возрастает, то существуют области, убегающие от нас со сверхсветовой скоростью, которые, согласно логике, видеть мы не можем.

Но как такое возможно? Неужели это не противоречит Теории Относительности?

В данном случае нет: ведь расширяется само пространство, а у объектов внутри него остаются досветовые скорости. Для наглядности можно представить себе нашу Вселенную в виде воздушного шарика, а пуговица, приклеенная к шарику, будет играть роль галактики. Попробуйте надуть шарик: галактика-пуговица начнет удаляться от вас вместе с расширением пространства шарика-Вселенной, хотя собственная скорость галактики-пуговицы останется нулевой.

Получается, должна существовать область, внутри которой находятся объекты, убегающие от нас со скоростью меньшей скорости света, и излучение которых мы можем фиксировать в свои телескопы. Эта область называется Сферой Хаббла. Она заканчивается границей, где скорость удаления далеких галактик будет совпадать со скоростью движения их фотонов, которые летят в нашем направлении (т.е. скоростью света). Эта граница получила название Горизонт Частиц. Очевидно, что объекты, находящиеся за Горизонтом Частиц, будут иметь скорость выше скорости света и их излучение не может нас достигнуть. Или все-таки может?

Давайте представим, что галактика Х находилась в Сфере Хаббла и испускала свет, который без проблем доходил до Земли. Но из-за ускоряющегося расширения Вселенной, галактика Х вышла за Горизонт Частиц, и уже удаляется от нас со скоростью выше скорости света. Но её фотоны, испущенные в момент нахождения в Сфере Хаббла, все ещё летят в направлении нашей планеты, и мы продолжаем их фиксировать, т. е. наблюдаем объект, который в данный момент удаляется от нас со скоростью, превышающей скорость света.

Но что, если галактика Y  никогда не находилась в Сфере Хаббла и в момент начала излучения сразу же имела сверхсветовую скорость? Получается, ни один её фотон за все время существования не побывал в нашей части Вселенной. Но это не означает, что этого не произойдет в будущем! Нельзя забывать, что Сфера Хаббла тоже расширяется (вместе со всей Вселенной), и её расширение больше скорости, с которой от нас удаляется фотон галактики Y (мы нашли скорость удаления фотона галактики Y, вычтя из скорости убегания галактики Y скорость света). При выполнении данного условия когда-нибудь Сфера Хаббла догонит данные фотоны, и мы сможем засечь галактику Y. Наглядно данный процесс продемонстрирован на схеме внизу.

Пространство, включающее в себя Сферу Хаббла и Горизонт частиц, называется Метагалактикой или Видимой Вселенной.

Но есть ли что-нибудь, находящееся за Метагалактикой? Некоторые космические теории предполагают наличие так называемого Горизонта Событий. Возможно, вы уже слышали это название из описания черных дыр. Принцип его действия остается таким же: мы никогда не увидим то, что находится за пределами Горизонта Событий, так как находящиеся за Горизонтом Событий объекты будут иметь скорость убегания фотонов большую, чем скорость расширения Сферы Хаббла, поэтому их свет будет всегда убегать от нас.

Но чтобы Горизонт Событий существовал, Вселенная должна расширяться  с ускорением (что согласуется с современными представлениями о мироустройстве). В конце концов, за Горизонт Событий уйдут все окружающие нас галактики. Это будет выглядеть так, будто время в них остановилось. Мы увидим,  как они бесконечно уходят за пределы видимости, но так никогда и не увидим их полностью скрывшимися.

Это интересно: если бы вместо галактик мы наблюдали в телескоп большие часы с циферблатом, а уход за Горизонт Событий обозначал бы положение стрелок на 12:00, то они бы бесконечно долго замедлялись на 11:59:59, а изображение становилось бы более нечетким, т. к. до нас долетало бы всё меньше фотонов.

Но если ученые ошибаются, и в будущем расширение Вселенной начнет замедляться, то это сразу же отменяет существование Горизонта Событий, так как излучение любого объекта рано или поздно превысит скорость его убегания. Нужно будет только подождать сотни миллиардов лет…

[источники]
https://mydiscoveries.ru/chto-takoe-vidimaya-vselennaya-i-vidim-li-myi-vsyu-vselennuyu-srazu

Это копия статьи, находящейся по адресу https://masterokblog.ru/?p=55741.

Tags: Космос

Как сфера Хаббла ограничивает наше представление о Вселенной?★ | Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма

.
Журнальная статья

Герайнт Ф. Льюис,

Герайнт Ф. Льюис

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

Google ученый

ОБЪЯВЛЕНИЯ

Пим ван Ойршот

Пим ван Ойршот

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

Google ученый

ОБЪЯВЛЕНИЯ

Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма , том 423, выпуск 1, июнь 2012 г. , страницы L26–L29, https://doi.org/10.1111/j.1745-3933.2012.01249.x

Опубликовано :

01 июня 2012 г.

История статьи

Получены:

19 января 2012 г.

Полученная ревизия:

21 февраля 2012 г.

Принято:

29 февраля 2012

Опубликовано:

01 июня 2012 г.

Фильтр поиска панели навигации

Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письмаНастоящий выпускЖурналы РАНАстрономия и астрофизикаКнигиЖурналыOxford Academic
Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письмаНастоящий выпускЖурналы РАНАстрономия и астрофизикаКнигиЖурналыOxford Academic
Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

РЕЗЮМЕ

Недавно было заявлено, что сфера Хаббла представляет собой ранее неизвестный предел нашего взгляда на Вселенную, а свет, который мы обнаруживаем сегодня, исходит с надлежащего расстояния, меньшего, чем этот «космический горизонт» в настоящее время. время. Рассматривая пути световых лучей в нескольких космологиях, мы показываем, что это утверждение в общем случае неверно. В частности, в космологиях, где преобладает фантомная энергия (с уравнением состояния ω < −1), собственное расстояние до сферы Хаббла уменьшается, и лучи света могут пересекать ее более одного раза в обоих направлениях; такое поведение еще больше снижает утверждение о том, что сфера Хаббла является фундаментальным, но непризнанным горизонтом во Вселенной.

космология: теория

1 ВВЕДЕНИЕ

Существование нескольких космологических горизонтов четко разделяет пространство-время Вселенной, причем горизонт частиц содержит все события, на которые конкретный наблюдатель когда-либо мог оказать причинное влияние, и горизонт событий , содержащий все события, которые когда-либо могли причинно повлиять на этого наблюдателя (Rindler 1956). Наличие и протяженность этих космологических горизонтов зависит от эволюции универсального расширения и, следовательно, в конечном счете от массы и энергии вселенной (например, см. Харрисон 19).93).

В последнее время появились заявления о существовании другого, ранее неизвестного горизонта, получившего название «космический горизонт», и что это коренным образом ограничивает наше представление о Вселенной (Мелия, 2007, 2009; Мелиа и Абделькадер, 2009; Мелиа и Шевчук, 2012). . В пространственно плоской Вселенной этот «космический горизонт» точно такой же, как хорошо изученная сфера Хаббла, расстояние, на котором в результате вселенского расширения объекты движутся относительно нас со скоростью света (Харрисон 19).91). Для ясности в дальнейшем мы будем предполагать, что Вселенная пространственно плоская, и будем называть «космический горизонт» сферой Хаббла на протяжении всего этого вклада.

В предыдущей статье мы показали, что утверждение о том, что сфера Хаббла устанавливает предел тому, что мы можем наблюдать во Вселенной ² , является неверным (van Oirschot, Kwan & Lewis 2010). Однако Биква, Мелиа и Шевчук (2012) повторили эти предыдущие утверждения, рассматривая пути фотонов в расширяющейся Вселенной и заявляя, что фотоны, которые мы получаем сейчас, всегда исходят из собственное расстояние , которое меньше нынешнего размера сферы Хаббла. В этом Письме мы рассматриваем это утверждение и показываем, что оно в общем случае неверно. На самом деле можно показать, что фотон может пересекать сферу Хаббла более одного раза в обоих направлениях, что еще раз покажет, что его возвышенный статус ранее непризнанного «космического горизонта» по-прежнему неверен.

В разделе 2 мы обсудим ключевые аспекты эволюции сферы Хаббла и покажем, что ее размер в настоящее время не обязательно является пределом того, что мы можем видеть. Мы представляем выводы в разделе 3. На протяжении всего письма мы будем рассматривать вселенные, описываемые метрикой Фридмана–Робертсона–Уокера.

2 ЭВОЛЮЦИЯ СФЕРЫ ХАББЛА

2.1 Сфера Хаббла

Следствием закона Хаббла является то, что объекты, находящиеся на достаточно большом правильном расстоянии, должны удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света. Граница между досветовой и сверхсветовой скоростями удаления представляет собой сферическую поверхность вокруг нас, известную как сфера Хаббла, и, приравняв скорость удаления к скорости света, c по закону Хаббла, сегодня она находится на надлежащем расстоянии

, где H ₀ — текущее значение постоянной Хаббла.

В эволюционирующей Вселенной постоянная Хаббла будет функцией времени, и, следовательно, R _ч также является функцией времени. В пространственно плоской Вселенной с одним компонентом космической жидкости с уравнением состояния ω легко показать, что сфера Хаббла эволюционирует как

, где производная относится к космическому времени (Мелия, 2009). В такой вселенной R _h явно эволюционирует с постоянной скоростью.

2.2 Расширяющиеся сферы Хаббла

Пример Вселенной, управляемой уравнением (2), представлен на рис. 1, показывающем эволюцию R _h (синяя линия) за космическое время для Вселенной Эйнштейна-де Ситтера. (пространственно плоский, содержащий только материю, поэтому ω = 0). Горизонтальная пунктирная линия соответствует современному возрасту Вселенной (при условии, что H ₀ = 70 км с ⁻¹ Мпк ^-1 ).

Рис. 1.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эволюция сферы Хаббла (синяя линия) во Вселенной Эйнштейна–де Ситтера. Красные линии соответствуют траекториям фотонов (нулевые геодезические), а черная пунктирная линия — нынешнему возрасту Вселенной (при условии, что H ₀ = 70 км с ⁻¹ Мпк ⁻¹ ).

Красные линии на рис. 1 соответствуют пути фотонов от Большого Взрыва (в начале координат) до нас в различные эпохи космического времени; поэтому обратите внимание, что эти цифры в основном такие же, как у Bikwa et al. (2012), но переориентированный и показывающий как множественные световые пути, так и эволюцию Р _ч . Утверждение этих авторов состоит в том, что R _h сегодня (где пересекаются синие и черные пунктирные линии, ∼14 GLyr) больше, чем максимальное собственное расстояние, достигнутое фотоном, достигающим нас сегодня (примерно половина этого расстояния). Глядя на постоянно увеличивающееся значение R _h в будущем и пути фотонов, полученных в будущем, это кажется правдой.

Однако важно понимать, что на самом деле говорит нам рис. 1. С точки зрения правильного расстояния, фотоны удаляются от нас во время Большого взрыва на максимальное расстояние, прежде чем развернуться и вернуться к началу координат. Точка, в которой фотон разворачивается на своем пути, находится именно там, где он пересекает R _ч ; это имеет интуитивно понятный смысл, поскольку можно предположить, что из-за универсального расширения это точка, в которой фотон эффективно покоится по отношению к нам (это строго показано в разделе 8 работы Эллиса и Ротмана, 1993).

Популярная в настоящее время космологическая модель ограничена многочисленными наблюдениями и содержит смесь космических флюидов, состоящую примерно на 30 % из материи и на 70 % из темной энергии с уравнением состояния ω∼−1 (например, Spergel et al. др. 2003). Эволюция R _h в такой Вселенной не просто описывается уравнением (2), но в ранние эпохи, когда во Вселенной преобладала материя (с ω = 0), мы ожидаем эволюцию, аналогичную вселенной Эйнштейна-де Ситтера, тогда как в более поздние времена во Вселенной преобладает темная энергия. Если уравнение состояния темной энергии ω=-1 (космологическая постоянная), уравнение (2) показывает, что R _h находится на фиксированном правильном расстоянии от нас.

На рис. 2 представлена ​​эволюция R _h в этой вселенной, обладая ожидаемыми формами в ранние и поздние времена, с переходным периодом (в котором мы сейчас находимся). ³ Поведение световых лучей в этой космологии не слишком отличается от того, что представлено на рис. 1, где световые лучи движутся наружу от Большого взрыва, прежде чем повернуть назад, пересекая R _h . Ключевое отличие, однако, заключается в более поздних временах, когда R _h асимптотирует к фиксированному расстоянию от нас, так что световые лучи будут проводить все больше и больше времени, меняя направление и возвращаясь к наблюдателю; именно в эти более поздние времена сфера Хаббла совпадает с горизонтом событий, что действительно ограничивает то, что мы можем видеть.

Рис. 2.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

То же, что и на рис. 1, но для согласованной космологической модели с , Ω _ω = 0,7 и уравнением состояния темной энергии ω=−1 (т.е. космологическая постоянная Эйнштейна).

Опять же, аргумент, выдвинутый Bikwa et al. (2012), по-видимому, верно, поскольку фотоны, прибывающие сегодня, не вышли за пределы современной сферы Хаббла. Для будущих наблюдателей это остается верным, поскольку все фотоны путешествуют от Большого взрыва до R _h перед возвращением в исходную точку.

2.3 Схлопывающиеся сферы Хаббла

В примерах, представленных в разделе 2.2, R _h непрерывно расширяется до бесконечности на рис. 1 и асимптотируется до конечного значения на рис. расширять? Изучение уравнения (2) показывает, что если уравнение состояния ω < −1, то оно может быть отрицательным; с таким уравнением состояния такая космическая жидкость известна как фантомная энергия . Присутствие фантомной энергии оказывает драматическое влияние на расширение Вселенной, потенциально приводя к космическому концу света, когда галактики, планеты и, в конечном итоге, атомы разрываются на части ускоряющимся расширением (например, Caldwell, Kamionkowski & Weinberg 2003).

На рис. 3 представлена ​​эволюция R _h во Вселенной с современной плотностью материи и плотностью темной энергии Ω _ω = 0,7 и уравнением состояния темной энергии ω=−1,1 . На более ранней стадии развития Вселенной, где преобладала материя, поведение было похоже на то, что показано на рис. 2, но по мере того, как во Вселенной преобладала темная энергия, R _h достигает максимальной степени и затем начинает уменьшаться.

Рис. 3.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

То же, что и на рис. 2, но с использованием уравнения состояния темной энергии ω=−1,1 (т. е. фантомной энергии).

Изучение траекторий фотонов на рис. 3 показывает поведение, аналогичное предыдущим рисункам, с фотонами, выходящими из Большого взрыва, прежде чем вернуться к началу координат, с точкой поворота, когда фотоны пересекают Р _ч . Опять же, фотоны, которые мы получаем сегодня, вращаются на расстоянии меньшем, чем R _h сегодня, как это было предложено Bikwa et al. (2012). Однако ясно, что наблюдатели в отдаленном будущем принимают фотоны, развернувшиеся в своем путешествии на надлежащем расстоянии, значительно большем, чем R _h в момент приема фотона; это прямо противоречит идеям, предложенным Bikwa et al. (2012).

Наконец, на рис. 4 мы дополнительно исследуем эту космологию фантомной энергии, представляя пути фотонов, которые не обязательно возвращаются к наблюдателю в пространственном начале. Как и на предыдущих рисунках, световые дорожки выходят из зоны большого взрыва и поворачивают обратно к наблюдателю, проходя через Р _ч . В то время как одна из фотонных траекторий достигает наблюдателя, коллапсирующая сфера Хаббла влияет на остальные фотонные траектории, причем каждая из них во второй раз сталкивается с R _h (и снова фотон можно рассматривать как покоящийся относительно к нам), прежде чем отправиться на большее надлежащее расстояние. Тот факт, что такой путь фотона может проходить через сферу Хаббла несколько раз в разных направлениях, является еще одним гвоздем в концепции о том, что сфера Хаббла является «космическим горизонтом».

Рис. 4.

Открыть в новой вкладке Загрузить слайд

То же, что и на рис. 3, но с учетом путей фотонов, которые не обязательно достигают начала координат.

3 ВЫВОДЫ

В этом письме мы рассмотрели эволюцию сферы Хаббла, R _h , за космическое время, показав, что ее нынешний размер не обязательно является пределом максимального собственного расстояния, от которого мы находимся. принимающих фотоны в настоящее время, вопреки утверждениям, недавно сделанным в литературе (Биква и др., 2012).

Следует помнить, что сфера Хаббла не является сложной концепцией и, как показано здесь (и в Ellis & Rothman, 1993), а также является границей между досветовым и сверхсветовым расширением во Вселенной, представляет собой точки перегиба на путь фотона между Большим взрывом и наблюдателем (если рассматривать с точки зрения правильного расстояния и космического времени).

Эволюция R _h в конечном счете зависит от массы и энергии Вселенной. Во вселенных, подобных нашей, в которых до сих пор преобладала материя на протяжении большей части их истории, R _h изначально эволюционирует подобно вселенной Эйнштейна-де Ситтера, и поскольку R _h продолжает расти, тривиально сказать, что правильное расстояние до точки поворота фотона, равное R _h в момент поворота меньше, чем сфера Хаббла сейчас. Для вселенных с другим составом космических флюидов или тех, в которых компоненты эволюционируют, такое утверждение не обязательно может быть сделано.

Наконец, мы повторяем, что фотоны могут многократно пересекать сферу Хаббла, и можно представить вселенную с развивающимся компонентом темной энергии, который колеблется между материей и фантомной энергией. С такой вселенной сфера Хаббла также могла бы колебаться внутрь и наружу, при этом путь фотонов от Большого взрыва пересекал сферу Хаббла несколько раз, прежде чем достичь наблюдателя. Если бы наша инфляционная эпоха была вызвана фантомной энергией (например, Capozziello, Nojiri & Odintsov 2006), то, возможно, это уже произошло. Следовательно, сфера Хаббла не является «космическим горизонтом».

Ничего из этого не должно вызывать удивления, поскольку эволюция частиц и горизонтов событий, а также сферы Хаббла были в центре внимания нескольких классических статей (например, Риндлер, 1956; Харрисон, 1991; Эллис и Ротман, 1993). Недавние публикации мало что добавили к нашему пониманию.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Мы хотели бы поблагодарить рецензента, Мартина Хендри, за положительные комментарии, которые улучшили Письмо. GFL выражает благодарность проекту ARC Discovery Project DP0665574. PvO благодарит Сиднейский университет за то, что он принял его во время этого магистерского исследования.

REFERENCES

Bikwa

O.

,

Melia

F.

,

Shevchuk

A.

2012

,

MNRAS

,

421

,

3356

Caldwell

R. R.

,

Kamionkowski

M.

,

Weinberg

N. N.

2003

,

Phys. Преподобный Летт.

,

91

,

071301

Capozziello

S.

,

Nojiri

S.

,

Odintsov

S. D.

2006

,

Phys. лат. B

,

632

,

597

Davis

T. M.

,

Lineweaver

C.

2004

,

PASA

2004

,

PASA

,

PASA

2004

,

.0004,

21

,

97

Ellis

G. F. R.

,

Rothman

T.

1993

,

AM. Дж. Физ.

,

61

,

883

Harrison

E.

1991

,

ApJ

,

383

,

60

Harrison

E.

1993

,

APJ

,

406

,

383

Lemaître

G.

1925

,

J. Math. физ.

,

4

,

188

Melia

F.

2007

,

MNRAS

,

382

,

1917

Melia

F.

2009

,

Междунар. J. Современная физ. Д

,

18

,

1113

Melia

F.

,

Abdelqader

M.

2009

,

Int. J. Современная физ. D

,

18

,

1889

Melia

F.

,

Shevchuk

A. S. H.

2012

,

MNRAS

,

419

,

2579

Rindler

W.

1956

,

MNRAS

,

116

,

662

Spergel

D. N.

et.

2003

,

ApJS

,

148

,

175

van Oirschot

P.

,

Kwan

J.

,

Lewis

G. F.

2010

,

MNRAS

,

404

,

1633

Сноски

*

Исследования, проведенные в рамках космологии Commonwealth (CCI: при поддержке Австралийского исследовательского совета.

1

Точно так же, как Леметр (1925) понял, что кажущийся горизонт в метрике де Ситтера в статической форме возникает из-за неправильного выбора координат, мы показали, что кажущийся «космический горизонт» возникает из-за повторного введения этих статических координат.

2

Заметим, что такая фигура не нова, и заинтересованному читателю предлагается изучить прекрасное изображение этой космологии на рис. 1 Дэвиса и Лайнуивера (2004), представляющего ключевые особенности Вселенной в нескольких системах координат.

© Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества, 2012 г. © RAS, 2012 г.

© RAS, 2012 г.0003

Скачать все слайды

Реклама

Цитаты

Альтметрика

Дополнительная информация о метриках

Оповещения по электронной почте

Оповещение об активности статьи

Предварительные уведомления о статьях

Оповещение о новой проблеме

Оповещение о текущей проблеме

Получайте эксклюзивные предложения и обновления от Oxford Academic

Система астрофизических данных

Резюме объявлений

Ссылки на статьи по номеру

• Последний
  

• Самые читаемые
  

• Самые цитируемые
  

Первый взгляд на SMACS0723 JWST ERO: спектроскопические красные смещения, звездные массы и истории звездообразования

Сверхскопление Кинг-Гидора: картирование светлой и темной материи в новом сверхскоплении на z = 0,55 с помощью гиперсуперкамеры Subaru

Евклидова обнаруживаемость сверхновых с парной нестабильностью в моделях синтеза двойных популяций согласуется со слиянием двойных черных дыр

Простая линейная модель для помощи в анализе движущейся группы β Pictoris

.

Формирование стержней в субмаксимальных дисках: задача для ΛCDM

Реклама

Как сфера Хаббла ограничивает наше представление о Вселенной?★ | Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма

.
Журнальная статья

Герайнт Ф. Льюис,

Герайнт Ф. Льюис

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

Google ученый

ОБЪЯВЛЕНИЯ

Пим ван Ойршот

Пим ван Ойршот

Ищите другие работы этого автора на:

Оксфордский академический

Google ученый

ОБЪЯВЛЕНИЯ

Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма , том 423, выпуск 1, июнь 2012 г., страницы L26–L29, https://doi. org/10.1111/j.1745-3933.2012.01249.x

Опубликовано :

01 июня 2012 г.

История статьи

Получено:

19 января 2012 г.

Получена редакция:

21 февраля 2012 г.

Принято:

29Февраль 2012 г.

Опубликовано:

01 июня 2012 г.

Фильтр поиска панели навигации

Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письмаНастоящий выпускЖурналы РАНАстрономия и астрофизикаКнигиЖурналыOxford Academic
Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации

Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письмаНастоящий выпускЖурналы РАНАстрономия и астрофизикаКнигиЖурналыOxford Academic
Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

РЕЗЮМЕ

Недавно было заявлено, что сфера Хаббла представляет собой ранее неизвестный предел нашего взгляда на вселенную, а свет, который мы обнаруживаем сегодня, исходит с надлежащего расстояния, меньшего, чем этот «космический горизонт» в настоящее время. время. Рассматривая пути световых лучей в нескольких космологиях, мы показываем, что это утверждение в общем случае неверно. В частности, в космологиях, где преобладает фантомная энергия (с уравнением состояния ω < −1), собственное расстояние до сферы Хаббла уменьшается, и лучи света могут пересекать ее более одного раза в обоих направлениях; такое поведение еще больше снижает утверждение о том, что сфера Хаббла является фундаментальным, но непризнанным горизонтом во Вселенной.

космология: теория

1 ВВЕДЕНИЕ

Существование нескольких космологических горизонтов четко разделяет пространство-время Вселенной, причем горизонт частиц содержит все события, на которые конкретный наблюдатель когда-либо мог оказать причинное влияние, и горизонт событий , содержащий все события, которые когда-либо могли причинно повлиять на этого наблюдателя (Rindler 1956). Наличие и протяженность этих космологических горизонтов зависит от эволюции универсального расширения и, следовательно, в конечном счете от массы и энергии вселенной (например, см. Харрисон 19).93).

В последнее время появились заявления о существовании другого, ранее неизвестного горизонта, получившего название «космический горизонт», и что это коренным образом ограничивает наше представление о Вселенной (Мелия, 2007, 2009; Мелиа и Абделькадер, 2009; Мелиа и Шевчук, 2012). . В пространственно плоской Вселенной этот «космический горизонт» точно такой же, как хорошо изученная сфера Хаббла, расстояние, на котором в результате вселенского расширения объекты движутся относительно нас со скоростью света (Харрисон 19).91). Для ясности в дальнейшем мы будем предполагать, что Вселенная пространственно плоская, и будем называть «космический горизонт» сферой Хаббла на протяжении всего этого вклада.

В предыдущей статье мы показали, что утверждение о том, что сфера Хаббла устанавливает предел тому, что мы можем наблюдать во Вселенной ² , является неверным (van Oirschot, Kwan & Lewis 2010). Однако Биква, Мелиа и Шевчук (2012) повторили эти предыдущие утверждения, рассматривая пути фотонов в расширяющейся Вселенной и заявляя, что фотоны, которые мы получаем сейчас, всегда исходят из собственное расстояние , которое меньше нынешнего размера сферы Хаббла. В этом Письме мы рассматриваем это утверждение и показываем, что оно в общем случае неверно. На самом деле можно показать, что фотон может пересекать сферу Хаббла более одного раза в обоих направлениях, что еще раз покажет, что его возвышенный статус ранее непризнанного «космического горизонта» по-прежнему неверен.

В разделе 2 мы обсудим ключевые аспекты эволюции сферы Хаббла и покажем, что ее размер в настоящее время не обязательно является пределом того, что мы можем видеть. Мы представляем выводы в разделе 3. На протяжении всего письма мы будем рассматривать вселенные, описываемые метрикой Фридмана–Робертсона–Уокера.

2 ЭВОЛЮЦИЯ СФЕРЫ ХАББЛА

2.1 Сфера Хаббла

Следствием закона Хаббла является то, что объекты, находящиеся на достаточно большом правильном расстоянии, должны удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света. Граница между досветовой и сверхсветовой скоростями удаления представляет собой сферическую поверхность вокруг нас, известную как сфера Хаббла, и, приравняв скорость удаления к скорости света, c по закону Хаббла, сегодня она находится на надлежащем расстоянии

, где H ₀ — текущее значение постоянной Хаббла.

В эволюционирующей Вселенной постоянная Хаббла будет функцией времени, и, следовательно, R _ч также является функцией времени. В пространственно плоской Вселенной с одним компонентом космической жидкости с уравнением состояния ω легко показать, что сфера Хаббла эволюционирует как

, где производная относится к космическому времени (Мелия, 2009). В такой вселенной R _h явно эволюционирует с постоянной скоростью.

2.2 Расширяющиеся сферы Хаббла

Пример Вселенной, управляемой уравнением (2), представлен на рис. 1, показывающем эволюцию R _h (синяя линия) за космическое время для Вселенной Эйнштейна-де Ситтера. (пространственно плоский, содержащий только материю, поэтому ω = 0). Горизонтальная пунктирная линия соответствует современному возрасту Вселенной (при условии, что H ₀ = 70 км с ⁻¹ Мпк ^-1 ).

Рис. 1.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

Эволюция сферы Хаббла (синяя линия) во Вселенной Эйнштейна–де Ситтера. Красные линии соответствуют траекториям фотонов (нулевые геодезические), а черная пунктирная линия — нынешнему возрасту Вселенной (при условии, что H ₀ = 70 км с ⁻¹ Мпк ⁻¹ ).

Красные линии на рис. 1 соответствуют пути фотонов от Большого Взрыва (в начале координат) до нас в различные эпохи космического времени; поэтому обратите внимание, что эти цифры в основном такие же, как у Bikwa et al. (2012), но переориентированный и показывающий как множественные световые пути, так и эволюцию Р _ч . Утверждение этих авторов состоит в том, что R _h сегодня (где пересекаются синие и черные пунктирные линии, ∼14 GLyr) больше, чем максимальное собственное расстояние, достигнутое фотоном, достигающим нас сегодня (примерно половина этого расстояния). Глядя на постоянно увеличивающееся значение R _h в будущем и пути фотонов, полученных в будущем, это кажется правдой.

Однако важно понимать, что на самом деле говорит нам рис. 1. С точки зрения правильного расстояния, фотоны удаляются от нас во время Большого взрыва на максимальное расстояние, прежде чем развернуться и вернуться к началу координат. Точка, в которой фотон разворачивается на своем пути, находится именно там, где он пересекает R _ч ; это имеет интуитивно понятный смысл, поскольку можно предположить, что из-за универсального расширения это точка, в которой фотон эффективно покоится по отношению к нам (это строго показано в разделе 8 работы Эллиса и Ротмана, 1993).

Популярная в настоящее время космологическая модель ограничена многочисленными наблюдениями и содержит смесь космических флюидов, состоящую примерно на 30 % из материи и на 70 % из темной энергии с уравнением состояния ω∼−1 (например, Spergel et al. др. 2003). Эволюция R _h в такой Вселенной не просто описывается уравнением (2), но в ранние эпохи, когда во Вселенной преобладала материя (с ω = 0), мы ожидаем эволюцию, аналогичную вселенной Эйнштейна-де Ситтера, тогда как в более поздние времена во Вселенной преобладает темная энергия. Если уравнение состояния темной энергии ω=-1 (космологическая постоянная), уравнение (2) показывает, что R _h находится на фиксированном правильном расстоянии от нас.

На рис. 2 представлена ​​эволюция R _h в этой вселенной, обладая ожидаемыми формами в ранние и поздние времена, с переходным периодом (в котором мы сейчас находимся). ³ Поведение световых лучей в этой космологии не слишком отличается от того, что представлено на рис. 1, где световые лучи движутся наружу от Большого взрыва, прежде чем повернуть назад, пересекая R _h . Ключевое отличие, однако, заключается в более поздних временах, когда R _h асимптотирует к фиксированному расстоянию от нас, так что световые лучи будут проводить все больше и больше времени, меняя направление и возвращаясь к наблюдателю; именно в эти более поздние времена сфера Хаббла совпадает с горизонтом событий, что действительно ограничивает то, что мы можем видеть.

Рис. 2.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

То же, что и на рис. 1, но для согласованной космологической модели с , Ω _ω = 0,7 и уравнением состояния темной энергии ω=−1 (т.е. космологическая постоянная Эйнштейна).

Опять же, аргумент, выдвинутый Bikwa et al. (2012), по-видимому, верно, поскольку фотоны, прибывающие сегодня, не вышли за пределы современной сферы Хаббла. Для будущих наблюдателей это остается верным, поскольку все фотоны путешествуют от Большого взрыва до R _h перед возвращением в исходную точку.

2.3 Схлопывающиеся сферы Хаббла

В примерах, представленных в разделе 2.2, R _h непрерывно расширяется до бесконечности на рис. 1 и асимптотируется до конечного значения на рис. расширять? Изучение уравнения (2) показывает, что если уравнение состояния ω < −1, то оно может быть отрицательным; с таким уравнением состояния такая космическая жидкость известна как фантомная энергия . Присутствие фантомной энергии оказывает драматическое влияние на расширение Вселенной, потенциально приводя к космическому концу света, когда галактики, планеты и, в конечном итоге, атомы разрываются на части ускоряющимся расширением (например, Caldwell, Kamionkowski & Weinberg 2003).

На рис. 3 представлена ​​эволюция R _h во Вселенной с современной плотностью материи и плотностью темной энергии Ω _ω = 0,7 и уравнением состояния темной энергии ω=−1,1 . На более ранней стадии развития Вселенной, где преобладала материя, поведение было похоже на то, что показано на рис. 2, но по мере того, как во Вселенной преобладала темная энергия, R _h достигает максимальной степени и затем начинает уменьшаться.

Рис. 3.

Открыть в новой вкладкеСкачать слайд

То же, что и на рис. 2, но с использованием уравнения состояния темной энергии ω=−1,1 (т. е. фантомной энергии).

Изучение траекторий фотонов на рис. 3 показывает поведение, аналогичное предыдущим рисункам, с фотонами, выходящими из Большого взрыва, прежде чем вернуться к началу координат, с точкой поворота, когда фотоны пересекают Р _ч . Опять же, фотоны, которые мы получаем сегодня, вращаются на расстоянии меньшем, чем R _h сегодня, как это было предложено Bikwa et al. (2012). Однако ясно, что наблюдатели в отдаленном будущем принимают фотоны, развернувшиеся в своем путешествии на надлежащем расстоянии, значительно большем, чем R _h в момент приема фотона; это прямо противоречит идеям, предложенным Bikwa et al. (2012).

Наконец, на рис. 4 мы дополнительно исследуем эту космологию фантомной энергии, представляя пути фотонов, которые не обязательно возвращаются к наблюдателю в пространственном начале. Как и на предыдущих рисунках, световые дорожки выходят из зоны большого взрыва и поворачивают обратно к наблюдателю, проходя через Р _ч . В то время как одна из фотонных траекторий достигает наблюдателя, коллапсирующая сфера Хаббла влияет на остальные фотонные траектории, причем каждая из них во второй раз сталкивается с R _h (и снова фотон можно рассматривать как покоящийся относительно к нам), прежде чем отправиться на большее надлежащее расстояние. Тот факт, что такой путь фотона может проходить через сферу Хаббла несколько раз в разных направлениях, является еще одним гвоздем в концепции о том, что сфера Хаббла является «космическим горизонтом».

Рис. 4.

Открыть в новой вкладке Загрузить слайд

То же, что и на рис. 3, но с учетом путей фотонов, которые не обязательно достигают начала координат.

3 ВЫВОДЫ

В этом письме мы рассмотрели эволюцию сферы Хаббла, R _h , за космическое время, показав, что ее нынешний размер не обязательно является пределом максимального собственного расстояния, от которого мы находимся. принимающих фотоны в настоящее время, вопреки утверждениям, недавно сделанным в литературе (Биква и др., 2012).

Следует помнить, что сфера Хаббла не является сложной концепцией и, как показано здесь (и в Ellis & Rothman, 1993), а также является границей между досветовым и сверхсветовым расширением во Вселенной, представляет собой точки перегиба на путь фотона между Большим взрывом и наблюдателем (если рассматривать с точки зрения правильного расстояния и космического времени).

Эволюция R _h в конечном счете зависит от массы и энергии Вселенной. Во вселенных, подобных нашей, в которых до сих пор преобладала материя на протяжении большей части их истории, R _h изначально эволюционирует подобно вселенной Эйнштейна-де Ситтера, и поскольку R _h продолжает расти, тривиально сказать, что правильное расстояние до точки поворота фотона, равное R _h в момент поворота меньше, чем сфера Хаббла сейчас. Для вселенных с другим составом космических флюидов или тех, в которых компоненты эволюционируют, такое утверждение не обязательно может быть сделано.

Наконец, мы повторяем, что фотоны могут многократно пересекать сферу Хаббла, и можно представить вселенную с развивающимся компонентом темной энергии, который колеблется между материей и фантомной энергией. С такой вселенной сфера Хаббла также могла бы колебаться внутрь и наружу, при этом путь фотонов от Большого взрыва пересекал сферу Хаббла несколько раз, прежде чем достичь наблюдателя. Если бы наша инфляционная эпоха была вызвана фантомной энергией (например, Capozziello, Nojiri & Odintsov 2006), то, возможно, это уже произошло. Следовательно, сфера Хаббла не является «космическим горизонтом».

Ничего из этого не должно вызывать удивления, поскольку эволюция частиц и горизонтов событий, а также сферы Хаббла были в центре внимания нескольких классических статей (например, Риндлер, 1956; Харрисон, 1991; Эллис и Ротман, 1993). Недавние публикации мало что добавили к нашему пониманию.

БЛАГОДАРНОСТЬ

Мы хотели бы поблагодарить рецензента, Мартина Хендри, за положительные комментарии, которые улучшили Письмо. GFL выражает благодарность проекту ARC Discovery Project DP0665574. PvO благодарит Сиднейский университет за то, что он принял его во время этого магистерского исследования.

REFERENCES

Bikwa

O.

,

Melia

F.

,

Shevchuk

A.

2012

,

MNRAS

,

421

,

3356

Caldwell

R. R.

,

Kamionkowski

M.

,

Weinberg

N. N.

2003

,

Phys. Преподобный Летт.

,

91

,

071301

Capozziello

S.

,

Nojiri

S.

,

Odintsov

S. D.

2006

,

Phys. лат. B

,

632

,

597

Davis

T. M.

,

Lineweaver

C.

2004

,

PASA

2004

,

PASA

,

PASA

2004

,

.0004,

21

,

97

Ellis

G. F. R.

,

Rothman

T.

1993

,

AM. Дж. Физ.

,

61

,

883

Harrison

E.

1991

,

ApJ

,

383

,

60

Harrison

E.

1993

,

APJ

,

406

,

383

Lemaître

G.

1925

,

J. Math. физ.

,

4

,

188

Melia

F.

2007

,

MNRAS

,

382

,

1917

Melia

F.

2009

,

Междунар. J. Современная физ. Д

,

18

,

1113

Melia

F.

,

Abdelqader

M.

2009

,

Int. J. Современная физ. D

,

18

,

1889

Melia

F.

,

Shevchuk

A. S. H.

2012

,

MNRAS

,

419

,

2579

Rindler

W.

1956

,

MNRAS

,

116

,

662

Spergel

D. N.

et.

2003

,

ApJS

,

148

,

175

van Oirschot

P.

,

Kwan

J.

,

Lewis

G. F.

2010

,

MNRAS

,

404

,

1633

Сноски

*

Исследования, проведенные в рамках космологии Commonwealth (CCI: при поддержке Австралийского исследовательского совета.

1

Точно так же, как Леметр (1925) понял, что кажущийся горизонт в метрике де Ситтера в статической форме возникает из-за неправильного выбора координат, мы показали, что кажущийся «космический горизонт» возникает из-за повторного введения этих статических координат.