Bao nhiêu tuổi là ánh sáng lâu đời nhất có thể nhìn thấy từ Trái đất?

Bởi vì ánh sáng chỉ có thể truyền đi rất nhanh, tất cả ánh sáng chúng ta nhìn thấy trên bầu trời đã được phát ra tại một thời điểm trước đó. Vì vậy, nếu ví dụ chúng ta thấy một siêu tân tinh hoặc một số sự kiện sao tuyệt vời khác, vào thời điểm chúng ta nhìn thấy nó, nó có thể đã qua lâu. Điều đó làm tôi tò mò, ánh sáng cổ xưa nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy từ trái đất là gì?

Vũ trụ được cho là ~ 13 tỷ năm tuổi, nhưng có lẽ chúng ta không ở rìa của vũ trụ được biết đến nên tất cả ánh sáng chúng ta nhìn thấy có lẽ chưa đến 13 tỷ năm tuổi. Vì vậy, ánh sáng lâu đời nhất chúng ta có thể nhìn thấy là gì? và như một câu hỏi tiếp theo tùy chọn, làm thế nào để chúng ta biết tuổi của ánh sáng đó?

Tôi đoán bản thân ánh sáng có thể không thực sự là 'cũ', nhưng có lẽ rõ ràng những gì tôi đang hỏi ở đây, nói cách khác: khoảng cách dài nhất mà ánh sáng nhìn thấy trái đất phát ra đã đi tới trái đất là gì? Mặc dù việc cải cách câu hỏi trở nên rối rắm với hiệu ứng thấu kính.

Ánh sáng lâu đời nhất trong vũ trụ là nền vi sóng vũ trụ . Khoảng 380.000 năm sau Vụ nổ lớn, các proton và electron "tái hợp" ¹ thành các nguyên tử hydro. Trước đó, bất kỳ photon nào nằm rải rác các electron tự do trong không gian lấp đầy plasma và vũ trụ về cơ bản là mờ đục đối với ánh sáng. Tuy nhiên, khi sự tái hợp xảy ra, các photon có thể "tách" khỏi các electron và di chuyển trong không gian không bị cản trở. Bức xạ di tích này vẫn còn có thể quan sát được ngày hôm nay; nó đã được dịch chuyển đỏ và làm mát.

Chúng ta có thể phát hiện ánh sáng từ các vật thể ở rất xa, và chúng ta có. Nó có ý nghĩa hơn để nói về khoảng cách về mặt dịch chuyển đỏ ; dịch chuyển đỏ càng lớn, vật thể càng ở xa. Có một số đối tượng dịch chuyển đỏ cực kỳ cao, một số trong số đó đã được xác nhận các phép đo của họ và những đối tượng khác thì không. Thí sinh bao gồm

• $z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$
• $z=10$$z=12$
• $z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$

Tuy nhiên, tất cả những vật thể này đã hình thành từ hàng trăm triệu năm sau Vụ nổ lớn, do đó, ánh sáng mà chúng ta nhìn thấy từ chúng "trẻ hơn" so với nền vi sóng vũ trụ.

^{1 Tôi chưa bao giờ thích cách sử dụng trong bối cảnh này, vì đây là lần đầu tiên họ kết hợp; "re" là loại gây hiểu lầm.}

Ánh sáng cổ xưa nhất mà chúng ta có thể nhìn thấy là gì?

Nền vi sóng vũ trụ được coi là bức xạ EM lâu đời nhất có thể phát hiện được đối với chúng ta. Nó nằm trong phổ vi sóng, vì vậy nó không thể nhìn thấy bằng mắt thường mà được "kính viễn vọng vô tuyến" nhặt được. Chúng tôi gọi nó là "ánh sáng" theo nghĩa rộng.

Một khía cạnh đáng chú ý về bức xạ nền này là sự đồng đều gần như theo mọi hướng. Các nhà thiên văn học cho rằng tính đồng nhất quá mạnh khiến nguồn trở thành một thứ thực sự lớn như một quả bóng khổng lồ ... nhưng đó sẽ là trường hợp nếu tất cả thực sự cách xa nhau như nó có vẻ.

Nếu nó thực sự lớn như vẻ ngoài của nó, nó sẽ mất gấp đôi tuổi của vũ trụ để một bên bị ảnh hưởng bởi phía bên kia! Thay vào đó, các nhà thiên văn học tin rằng những gì chúng ta nhìn thấy là một cơ thể rất nhỏ, đã trở nên lớn hơn; đó là lý do tại sao nó trông giống nhau theo từng hướng. Một số tăng trưởng được gọi là mở rộng số liệu của không gian và có ý nghĩa khác với tăng trưởng thông thường.

Làm thế nào để chúng ta biết tuổi của ánh sáng đó?

Tuổi của ánh sáng nền vũ trụ chỉ có thể được xác định một cách gián tiếp , trước tiên bằng cách biết Big Bang đã xảy ra cách đây bao lâu, sau đó bằng cách hình dung khi ánh sáng được phát ra trong quá trình của Vụ nổ lớn.

Bằng cách so sánh tốc độ mà mọi thứ dường như trở nên lớn hơn với mọi thứ dường như lớn đến mức nào, giống như cách bạn có thể ước tính sẽ mất bao lâu để lái xe đến một nơi có tốc độ của đường và khoảng cách, chúng tôi tính toán các Hubble liên tục . Điều này giúp chúng tôi tính toán vụ nổ Big Bang xảy ra cách đây bao lâu.

Ngoài ra, có một số "sóng âm" nhất định ( dao động âm thanh baryonic ) nơi những thứ cũ mà chúng ta thấy, bao gồm cả nền vi sóng vũ trụ, trở nên sáng hơn và mờ hơn với nhịp điệu, giống như con lắc của đồng hồ. Chúng có thể được đo bằng trái hoặc phải (đối với những thứ chuyển động) hoặc bằng cách theo dõi video (đối với những thứ đứng yên). Đo các nhịp điệu này và so sánh chúng với Hubble Constant cũng giúp tính toán thời gian xảy ra Vụ nổ lớn xảy ra cách đây bao lâu.

Cuối cùng, nền vi sóng có các phẩm chất vật lý (như nhiệt độ và mật độ) giúp chúng ta có thể xác định khi nào nó được phát ra trong quá trình mở rộng và làm mát của Big Bang. Cùng nhau sử dụng tất cả các tính toán này là cách chúng ta tính tuổi của ánh sáng nền vi sóng vũ trụ.

Các nhà thiên văn học tin rằng phép tính kết hợp này (được gọi là "LCDM", "Lambda-CDM" hoặc "Vũ trụ Big Bang") là rất tốt bởi vì các số khác nhau xếp thành hàng, trong phần lớn * . Họ vui mừng báo cáo những phát hiện tốt hơn gần đây như năm 2018 khi một nghiên cứu có tên là Khảo sát năng lượng tối kết thúc. Tuy nhiên, vì LCDM bao gồm các giả định nhất định có thể không bao giờ được xác thực và do vẫn còn một số khác biệt không giải thích được, chúng tôi không biết liệu một loại tính toán khác có tốt hơn hay không, miễn là nó vẫn phù hợp với các phép đo.

Làm thế nào để chúng ta biết rằng đây là ánh sáng lâu đời nhất?

Chỉ bằng cách nghĩ về những phẩm chất vật lý của nền vi sóng vũ trụ và nghĩ về khi trong Vụ nổ lớn, nó phải phát ra ánh sáng, các nhà thiên văn học xác định nó là ánh sáng lâu đời nhất trong vũ trụ, già hơn bất kỳ ngôi sao hay thiên hà nào. Nó không cho chúng ta biết nó bao nhiêu tuổi; trên thực tế, các nhà thiên văn học luôn đảm bảo rằng trên thực tế nó không chỉ là một lớp bụi trên kính viễn vọng!

Làm thế nào xa là nền vi sóng vũ trụ?

Đây là một câu hỏi thực sự khó trả lời. Theo Big Bang Cosmology, nền vi sóng vũ trụ không phải là "ở đâu đó" mà thay vào đó nó ở khắp mọi nơi. Và quãng đường mà nó đã đi được kể từ Vụ nổ lớn khác với thời gian nhân với tốc độ ánh sáng, vì sự mở rộng không gian theo hệ mét. Đây là kết quả của sự co rút chiều dài tương đối do tốc độ mà mọi thứ đang chuyển động.

Là vũ trụ quan sát được trẻ hơn vũ trụ lớn hơn, cho rằng điều đó tồn tại?

Tính lượng thời gian từ Vụ nổ lớn đến bây giờ cho kết quả tương tự cho dù bạn xem xét vũ trụ quan sát được của chúng ta hay vũ trụ lớn hơn có thể tồn tại. Đó là lý do tại sao thời đại của vũ trụ "chúng ta" cũng giống như thời đại của vũ trụ "vũ trụ".

* Một số nghiên cứu khác nhau để xác định hằng số Hubble đã khiến các nhà vũ trụ học tạm dừng ( liên kết 1 , liên kết 2 ); tùy thuộc vào phần nào của vũ trụ mà bạn nhìn, nó có thể gần với 67 hoặc nó có thể gần hơn với 73 trong các đơn vị tiêu chuẩn.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra một thiên hà, có tên là GN-z11 (đã được HDE 226868 nhắc đến ), tồn tại chỉ 400 triệu năm sau Vụ nổ lớn, tức khoảng 13,3 tỷ năm trước:

Thiên hà xa nhất phá vỡ kỷ lục khoảng cách vũ trụ

Phát hiện của một ngôi sao 10 tỷ năm tuổi được công bố vào tuần trước:

Ngôi sao Hubble xa nhất từng thấy

Dưới đây là danh sách các vật thể thiên văn xa xôi trên Wikipedia .

Bạn đã thực hiện hai câu hỏi bằng cách sử dụng ngữ nghĩa:

• "Bao nhiêu tuổi là ánh sáng lâu đời nhất có thể nhìn thấy từ Trái đất?"

Từ câu trả lời của @ Pela đến: Tại sao có sự khác biệt giữa chân trời sự kiện vũ trụ và thời đại của vũ trụ? - Vì vậy, trong ~ 100 triệu năm ánh sáng xa nhất sẽ đến với chúng ta, từ khoảng cách hơn 116 triệu năm ánh sáng.

16 Gly mà khoảng cách đến chân trời sự kiện ngày nay là một sự trùng hợp ngẫu nhiên. Nó không liên quan gì đến thời đại của Vũ trụ. Nó chỉ phụ thuộc vào sự mở rộng trong tương lai của Vũ trụ, do đó phụ thuộc vào mật độ của các thành phần của Vũ trụ (Ωb, ΩDM, ΩΛ, v.v.). Nếu Vũ trụ bị chi phối bởi vật chất (hoặc bức xạ), thì sẽ không có chân trời sự kiện: Không có thiên hà, từ xa đến giờ sẽ không thể nhìn thấy được, nếu chúng ta chỉ cần kiên nhẫn chờ đợi. Một thiên hà cách xa 10.000 tỷ ánh sáng? Chỉ cần chờ đủ lâu (chính xác là bao lâu tùy thuộc vào mật độ thực tế).

Tuy nhiên, Vũ trụ của chúng ta tình cờ bị chi phối bởi năng lượng tối, giúp tăng tốc độ mở rộng mà không có ranh giới. Thật không may, điều này có nghĩa là ánh sáng rời khỏi thiên hà 17 Gly sẽ bị mang đi bởi sự giãn nở nhanh hơn nó có thể truyền tới chúng ta. Ngược lại, ánh sáng phát ra hôm nay từ một thiên hà 15 Gly đi sẽ đi theo hướng của chúng ta, nhưng dù sao ban đầu sẽ di chuyển ra xa chúng ta do sự giãn nở. Tuy nhiên, hành trình của nó đối với chúng tôi làm cho tốc độ mở rộng này ngày càng nhỏ hơn (vì tốc độ mở rộng tăng theo khoảng cách với chúng tôi) và sau một thời gian nó sẽ đi xa đến mức nó đã vượt qua sự mở rộng và bắt đầu giảm khoảng cách với chúng tôi và cuối cùng đạt được chúng tôi sau 100 Gyr hoặc hơn.

• "Tôi đoán rằng bản thân ánh sáng có thể không thực sự là" cũ ", nhưng có lẽ rõ ràng những gì tôi đang hỏi ở đây, nói cách khác: khoảng cách dài nhất mà ánh sáng nhìn thấy trái đất phát ra đã đi đến trái đất là gì? câu hỏi có bị rối với hiệu ứng thấu kính không? "

Vâng, đó là một câu hỏi hoàn toàn khác ...

Xem một trong những bài báo sớm nhất: " Mở rộng sự nhầm lẫn: Những quan niệm sai lầm phổ biến về chân trời vũ trụ và sự mở rộng siêu vũ trụ của vũ trụ " của Davis và Lineweaver (2003).

Tác phẩm mới hơn:

" Các quá khứ nhân quả và tương lai chung của các sự kiện vũ trụ ", của Friedman, Kaiser và Gallicchio (2013).

" Kết luận: ... Mặc dù mật độ không gian có thể quan sát được của các thiên hà, cụm, và do đó, các quasar được cho là phản ánh các mối tương quan được thiết lập trong quá trình lạm phát, vẫn là một câu hỏi mở cho dù các sự kiện lạm phát tại các địa điểm cụ thể sau này - nơi các thiên hà chủ nhà sau đó hình thành - có thể mang lại tín hiệu tương quan có thể quan sát được giữa các cặp sự kiện phát xạ chuẩn tinh cuối cùng tại các địa điểm hài hước đó hàng tỷ năm sau khi nhiễu loạn mật độ lạm phát được in dấu.

Cuối cùng, chúng tôi lưu ý rằng tất cả các kết luận của chúng tôi đều dựa trên giả định rằng lịch sử mở rộng của vũ trụ quan sát được của chúng tôi, ít nhất là kể từ khi kết thúc lạm phát, có thể được mô tả chính xác bằng thuyết tương đối chính tắc và FLRW không kết nối đơn giản Hệ mét. Các giả định này phù hợp với tìm kiếm thực nghiệm mới nhất về cấu trúc liên kết không tầm thường, không tìm thấy tín hiệu cấu trúc liên kết nhỏ gọn nào cho các miền cơ bản lên đến kích thước của bề mặt tán xạ cuối cùng.

Quả sung. 1. Biểu đồ phù hợp cho thấy khoảng cách , trong Glyr, so với thời gian tuân thủ, ở Gyr, trong trường hợp các sự kiện A và B xuất hiện ở hai phía đối diện của bầu trời khi nhìn từ Trái đất (α = 180 °). Người quan sát ngồi ở Trái đất tại tại thời điểm tuân thủ hiện tại . Ánh sáng được phát ra từ A tại ( ) và từ B tại ( ); cả hai tín hiệu đến Trái đất dọc theo lightcone trước đây của chúng tôi tại ( ). Các bóng đèn định hướng quá khứ từ các sự kiện phát xạ (tương ứng màu đỏ và màu xanh lam cho A và B) giao nhau tại ( ) và trùng nhau cho (vùng màu tím). Đối với các dịch chuyển đỏ$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$và và vũ trụ học ΛCDM phẳng với các tham số được cho trong biểu thức. (11), các sự kiện được đặt tại comoving khoảng cách Glyr và Glyr, với khí thải vào những thời điểm conformal Gyr và Gyr. Các lightcones trong quá khứ giao nhau tại sự kiện AB tại Glyr tại thời điểm Gyr, trong khi thời điểm hiện tại là Gyr$z_B = 3$$R_{0χA} = 11.11$$R_{0χB} = 21.25$$R_{0τA}/c = 35.09$$R_{0τB}/c = 24.95$$R_{0χAB} = 10.14$$R_{0τAB}/c = 13.84$$R_{0τ0}/c = 46.20$. Cũng hiển thị là chân trời sự kiện vũ trụ (đường phân cách giữa các vùng màu vàng và màu xám) và các bóng đèn định hướng tương lai từ các sự kiện A và B (đường đứt nét mỏng) và từ gốc (0,0) (đường đứt nét dày). Trong vũ trụ ΛCDM như của chúng ta, các sự kiện ở khu vực màu vàng bên ngoài lightcone hiện tại của chúng ta giống như không gian với chúng ta ngày nay nhưng sẽ có thể quan sát được trong tương lai, trong khi các sự kiện ở vùng xám bên ngoài chân trời sự kiện giống như không gian tách biệt với người quan sát mãi mãi trên trái đất Các thang đo bổ sung cho thấy dịch chuyển đỏ (trục ngang trên cùng) và thời gian được đo bằng hệ số tỷ lệ, và theo thời gian thích hợp, , (trục dọc bên phải) được đo bởi một người quan sát tại phần còn lại tại một vị trí cố định.$a(τ)$$t$

Cũng xem: " Chân trời nhân quả trong một vũ trụ nảy ", của Bhattacharya, Bari và Chakraborty (2017):

" Kết luận: Công trình hiện tại cho thấy vấn đề nhân quả trong vũ trụ nảy thực chất liên quan đến sự hiểu biết về các giai đoạn khác nhau của vũ trụ trong giai đoạn co lại. Vì sự hiểu biết của chúng ta về giai đoạn co lại hoàn toàn là suy đoán hiện tại mà các mô hình chúng ta sử dụng để hình dung Các tác giả hiện tại tin rằng mặc dù vấn đề nhân quả trong các mô hình vũ trụ nảy không được giải quyết, bài báo hiện tại cho thấy những khó khăn về chất lượng và định lượng mà người ta phải tránh trong tương lai để tạo ra kết quả có ý nghĩa hơn trong tương lai . ".

Câu trả lời ngắn gọn: Đó là 46,9B năm ánh sáng . Một trang Wikipedia khác nói: 46,6B năm ánh sáng . Các chuyên gia trên tính 46,2.

Ngày 2 tháng 4 năm 2018 này, bài viết của CNN cho biết:

Các nhà khoa học phát hiện 'dấu vân tay' của ánh sáng đầu tiên từng có trong vũ trụ "

Theo sau Vụ nổ lớn, các nhà vật lý tin rằng chỉ có bóng tối trong vũ trụ trong khoảng 180 triệu năm, thời kỳ được các nhà khoa học gọi là Vũ trụ tối tăm vũ trụ.

Vì vậy, tôi nghĩ rằng câu trả lời của bạn có thể là Big Bang + 180 triệu năm là ánh sáng lâu đời nhất chúng ta có thể thấy.