Темная энергия говорит нам, что расширение Вселенной ускоряется. Вот что это значит для нашей исчезающей Вселенной.
Одним из самых больших сюрпризов для человечества во Вселенной является то, что пространство не просто расширяется, а ускоряется. Чем дальше от нас находится далекая галактика, тем быстрее она удаляется, и скорость этого удаления увеличивается со временем. Вы можете себе представить, что в какой-то момент эти галактики будут удаляться от нас со скоростью, превышающей скорость света, а это означает, что мы не только никогда не сможем их достичь, но и больше не сможем их увидеть! Так ли это и что это значит? Это вопрос «Спросите Итана» на этой неделе, любезно предоставленный Дэном Кином, который спрашивает:
Итак, сколько галактик, доступных для наблюдения Земли, исчезло из поля зрения? То есть сколько галактик (с самым большим красным смещением) исчезло с нашей точки зрения?
В зависимости от того, что вы подразумеваете под «исчезнувшими», ответ может быть либо ни один из них, либо почти все они. Давайте углубимся и посмотрим, о чем мы говорим.
Мы вообще видим галактику, потому что она:
- образует звезды,
- которые создают свет,
- который путешествует по Вселенной,
- который сам расширяется,
- пока не дойдет до наших глаз.
Похоже на простой сценарий, не так ли? Поэтому, когда мы смотрим на Вселенную, мы ожидаем, что сможем увидеть все существующие галактики. Кроме, то есть того, что мы не можем.
Первая причина достаточно проста: у Вселенной было только конечное количество времени, чтобы сделать все это. Большой взрыв породил Вселенную, какой мы ее знаем, около 13,8 миллиардов лет назад, а первые звезды образовались от нескольких десятков до нескольких сотен миллионов лет спустя. Прямо сейчас этот самый ранний свет только достигает глаз людей и наших самых сложных инструментов после огромного путешествия через межгалактическое пространство. Со временем свет от все более далеких галактик, наконец, приходит. Даже в расширяющейся Вселенной есть далекие галактики, свет которых, наконец, станет видимым.
Но не каждая галактика видна. Наша Вселенная расширилась за счет того, что в ней находится: смесь излучения, нейтрино, обычной материи, темной материи и темной энергии. В истории Вселенной это означает, что свет может приходить с расстояния до 46 миллиардов световых лет.
Конечно, это не означает, что объект, который сегодня находится на расстоянии 46 миллиардов световых лет, будет излучать все, что мы когда-либо сможем увидеть. Это означает, что если бы объект излучал свет 13,8 миллиарда лет назад с очень небольшого расстояния, этот свет пришел бы сейчас, 13,8 миллиарда лет спустя, и что объект, излучающий его сегодня, находился бы на расстоянии 46 миллиардов световых лет. Это предел того, как далеко мы можем видеть в наблюдаемой Вселенной.
В общем, это означает, что в принципе мы можем наблюдать около 2 триллионов галактик. Это больше, чем когда-либо, и со временем будет раскрыто больше. Все галактики, которые мы когда-либо могли наблюдать, пока в них еще есть звезды, в принципе можно наблюдать, плюс новые. Даже тот факт, что расширение Вселенной ускоряется, этого не меняет. Как только свет приходит от удаленного объекта, пока этот объект продолжает излучать фотоны, расширение Вселенной не может остановить их приход. В связи с этим нулевые галактики выпали из поля зрения.
Но что сделает расширение Вселенной, тем более, что расширение ускоряется, так это следующие две вещи:
- Это означает, что в будущем существует предел тому, как далеко мы сможем видеть отдаленные объекты.
- Это означает, что сегодня есть предел, и этот предел меняется со временем, насколько далеко галактика может быть сегодня и по-прежнему посылать нам новый свет.
Сегодня максимальное расстояние, которое мы можем видеть, составляет 46 миллиардов световых лет: текущий предел видимости. Мы также можем рассчитать будущий предел видимости, и мы находим, что он примерно на 33% больше, чем текущий: 61 миллиард световых лет от нас. Основываясь на том, как работают объемы, это означает, что когда-нибудь у нас будет в общей сложности около 4,7 триллиона галактик для наблюдения, если будет достаточно времени, когда-нибудь появится этот сверхдальний свет.
Но это преимущественно свет, который, с нашей точки зрения, уже излучался миллиарды и миллиарды лет назад. Когда мы смотрим в далекую Вселенную, мы не только оглядываемся назад во времени, мы часто смотрим на галактики, которых уже нет. Под этим мы подразумеваем, что свет, который излучают эти галактики сегодня, через 13,8 миллиарда лет после Большого взрыва, никогда не достигнет нас. Видите ли, Вселенная расширяется, и расширение ускоряется. Далекая галактика не только удаляется от нас сегодня по мере растяжения ткани пространства, но и будет казаться, что она будет удаляться все быстрее и быстрее с течением времени. Прямо сейчас галактики, находящиеся на расстоянии примерно 15-16 миллиардов световых лет от нас, уже удаляются со скоростью, превышающей скорость света.
Это означает, что даже если бы мы улетели сегодня, на космическом корабле, который двигался сколь угодно близко к предельной скорости, мы бы никогда не достигли этих галактик. Это означает, что свет, который мы излучаем сегодня, никогда не сможет достичь их, а свет, который они излучают сегодня, никогда не сможет достичь нас. Под этим ходом мыслей:
- 96,7% галактик, которые мы можем наблюдать сегодня, уже исчезли.
- 98,6% галактик, которые мы когда-либо наблюдаем, уже исчезли.
- И лишь примерно 66 миллиардов галактик доступны для нас сегодня.
Другими словами, в будущем у нас будет в общей сложности 4,7 триллиона галактик для просмотра. И 4,634 триллиона из них уже навсегда недостижимы, даже со скоростью света.
Эта проблема со временем будет только усугубляться! Прямо сейчас, если мы предположим, что каждая из 66 миллиардов галактик имеет столько же звезд, сколько Млечный Путь - 400 миллиардов - , это означает, что примерно 60 000 звезд исчезают из нашего поля зрения каждую секунду. Это 300 000 звезд только за то время, которое вам потребовалось, чтобы прочитать это предложение. И еще 200 000 с этим. Мы по-прежнему сможем видеть их старый свет, существовавший до того, как Вселенная была такой же старой, как сейчас, но любой новый свет, который они создают с этого момента, никогда не достигнет нас. И что бы мы ни делали с этого момента, мы никогда не коснемся их больше.
Конечно, еще многое предстоит исследовать во Вселенной. Мы все еще можем видеть самые далекие галактики, даже те, до которых мы больше не можем добраться, просто глядя на их старый, древний свет, когда он приходит. Но с каждым уходящим мгновением нам становится доступно все меньше и меньше Вселенной. Даже при наличии самых передовых технологий более 98% всех галактик, которые мы когда-либо увидим, уже находятся за пределами нашей досягаемости. И с каждым годом примерно пять целых галактик переходят этот порог из досягаемости в недосягаемость. Я не могу придумать большей мотивации для вложения средств в достижение далеких звезд и галактик, чем та, которую дает нам сама Вселенная: вещи, которые мы можем достичь, исчезают навсегда. С каждым мгновением бездействия исчезает еще один отдаленный шанс установить контакт.
Отправляйте свои вопросы «Задайте Итану» по адресу startswithabang at gmail dot com!