Universo observável

Imagem Ultra Deep Field Hubble de uma pequena região do universo observável, próximo do constelação Fornax. A luz das menores, mais redshift galáxias originou cerca de 13 bilhões de anos atrás.

Em Big Bang cosmologia , o universo observável é a região do espaço limitada por uma esfera , centrada no observador, que é pequeno o suficiente para que pudéssemos observar objetos nele, ou seja, não houve tempo suficiente para que um sinal emitido a partir do objeto, em qualquer tempo após o Big Bang, e movendo-se à velocidade da luz, ter atingido o observador por o tempo presente. Cada posição tem a sua própria universo observável que podem ou não sobrepor-se a um centrado em torno da Terra .

A palavra observável usado neste sentido não tem nada a ver com o fato moderna tecnologia realmente nos permite detectar a radiação de um objecto nesta região. Significa simplesmente que é possível, em princípio, para a radiação de luz ou outro do objecto para chegar a um observador terrestre. Na prática, só podemos observar objetos, tanto quanto o superfície da última dispersão, antes que o universo era opaco para fótons . No entanto, pode ser possível deduzir informação de tempo, antes deste, através da detecção de ondas gravitacionais que também se movem na velocidade da luz.

O universo versus o universo observável

Ambos artigos de pesquisa populares e profissionais da cosmologia usam frequentemente o termo "universo" para significar "universo observável". Isto pode ser justificada por razões que nunca podemos saber nada por experimentação direta sobre qualquer parte do universo que é causalmente desconectados de nós, embora muitas teorias credíveis, tais como inflação cósmica requerem um universo muito maior do que o universo observável. Não existe evidência para sugerir que a fronteira do universo observável corresponde exactamente à fronteira física do universo (se existir um tal limite); isso é extremamente improvável em que isso implicaria que a Terra está exatamente no centro do universo, em violação da princípio cosmológico. É provável que as galáxias dentro do nosso universo visível representam apenas uma fração minúscula das galáxias no universo.

É também possível que o universo é menor do que o universo observável. Neste caso, o que nós consideramos ser galáxias muito distantes pode realmente ser imagens duplicadas de galáxias próximas, formadas pela luz que tem circumnavigated do universo. É difícil testar essa hipótese experimentalmente porque diferentes imagens de uma galáxia mostrariam diferentes épocas de sua história, e, consequentemente, pode parecer bem diferente. Um artigo de 2004 afirma a estabelecer um limite inferior de 24 giga parsecs (78 bilhão anos-luz) sobre o diâmetro do universo, com base na análise de correspondência de círculo da Dados do WMAP.

Tamanho

O comóvel distância da Terra até a borda do universo visível (também chamado de luz cósmica horizonte) é de cerca de 14 bilhões de parsecs (46 bilhões de anos-luz) em qualquer direção. Isto define um limite inferior sobre o comóvel raio do universo observável, embora, como referido na introdução, espera-se que o universo visível é um pouco menor do que o universo observável, uma vez que só vê a luz do radiação cósmica de fundo em microondas que foi emitido após o tempo de recombinação, dando-nos o esférico superfície do último espalhamento (ondas gravitacionais poderia, teoricamente, permitir-nos observar eventos que ocorreram mais cedo do que o tempo de recombinação, a partir de regiões do espaço fora desta esfera). O universo visível é, portanto, uma esfera com um diâmetro de cerca de 28 mil milhões de parsecs (cerca de 92 bilhões de anos-luz). Uma vez que o espaço é aproximadamente plana , este tamanho corresponde a um volume de cerca de comóvel

ou cerca de 3 × 10 ^{a 80} metros cúbicos.

Os números citados acima são distâncias agora (em tempo cosmológico), não distâncias no tempo a luz foi emitida. Por exemplo, a radiação cósmica de fundo que vemos agora foi emitida no momento da recombinação, 379.000 anos depois do Big Bang, que ocorreu cerca de 13,7 bilhões de anos atrás. Esta radiação foi emitida pela matéria que tem, no tempo decorrido, principalmente condensada em galáxias, e essas galáxias estão agora calculada em cerca de 46 bilhões de anos-luz de nós. Para estimar a distância a que a matéria no momento em que a luz foi emitida, uma modelo matemático da expansão deve ser escolhido e a fator de escala, a (t), calculado durante o tempo seleccionado desde o Big Bang, t. Para o observationally favorecida Modelo Lambda-CDM, utilizando dados do Satélite WMAP, tal cálculo produz uma escala mudança factor de aproximadamente 1292. Isto significa que o universo se expandiu para 1.292 vezes o tamanho que era quando os RCFM fótons foram liberados. Por isso, o assunto mais distante que é observável no momento, 46 bilhões de anos-luz de distância, tinha apenas 36 milhões de anos-luz de distância do assunto que acabaria por se tornar Terra quando as microondas que estão actualmente a receber foram emitidos.

Equívocos

Muitas fontes secundárias relataram uma ampla variedade de valores incorrectos para o tamanho do universo visível. Algumas delas estão listadas a seguir.

• 13,7 bilhões de anos-luz. A idade do universo é cerca de 13,7 bilhões de anos. Enquanto ele é comumente entendido que nada viaja mais rápido do que a luz, é um equívoco comum que o raio do universo observável deve, portanto, equivale a apenas 13,7 bilhões anos-luz. Esse raciocínio só faz sentido se o universo é o espaço-tempo plano da relatividade especial; no universo real, espaço-tempo é altamente curvado em escalas cosmológicas, o que significa que 3-espaço (que é mais ou menos plana) é em expansão, como evidenciado pela lei de Hubble . Distâncias obtidos como a velocidade da luz multiplicada por um intervalo de tempo cosmológica não têm qualquer significado físico directo.

• 15,8 bilhões de anos-luz. Isto é obtido da mesma forma como a figura 13700000000 ano de luz, mas a partir de uma idade incorrecta do universo que foi divulgada na imprensa popular em meados de 2006. Para uma análise deste pedido e do papel que lhe deu origem, ver.

• 27 bilhões de anos-luz. Este é um diâmetro obtido a partir do raio (incorreta) de 13,7 bilhões de anos-luz.

• 78 bilhões de anos-luz. Este é um limite inferior para o tamanho de todo o universo, com base na distância actual estimado entre pontos que podemos ver em lados opostos da radiação cósmica de fundo , de modo que este valor representa o diâmetro da esfera formada pela RCF. Se todo o universo é menor do que esta esfera, então a luz teve tempo para circunavegar-lo desde o Big Bang, produzir imagens múltiplas de pontos distantes no CMBR, que iria mostrar-se como padrões de círculos repetitivos. Cornish et al olhou para tal efeito em escalas de até 24 gigaparsecs (78 bilhões de anos luz) e não conseguiu encontrá-lo, e sugeriu que se poderiam prolongar a sua pesquisa para todas as orientações possíveis, eles, então, "ser capaz de excluir a possibilidade de que vivemos em um universo menor do que 24 Gpc de diâmetro" . Os autores também estimou que com "menor ruído e superior mapas resolução CMB (de Missão prolongada ea partir do WMAP Planck), seremos capazes de procurar por círculos menores e estender o limite para ~ 28 Gpc. "Esta estimativa do diâmetro máximo da esfera CMBR que será visível em experimentos planejados corresponde a um raio de 14 gigaparsecs, o mesmo número dada na seção anterior.

• 156 bilhões de anos-luz. Este valor foi obtido através da duplicação 78 bilhões de anos-luz no pressuposto de que é um raio. Desde 78 bilhões de anos-luz é já um diâmetro, o número dobrou está incorreto. Este valor foi muito amplamente divulgado.

• 180 bilhões de anos-luz. Esta estimativa acompanhado a estimativa era de 15,8 bilhões ano em algumas fontes; foi obtido adicionando incorretamente 15 por cento para a figura incorreto de 156 bilhões de anos-luz.

Teor de matéria

O universo observável contém cerca de 3 a 7 × 10 ²² estrelas (30 a 70 Bilhão Trilhão de estrelas), organizados em mais de 80 bilhões de galáxias , que se formam aglomerados e superaglomerados.

Dois back-of-the-envelope cálculos dar o número de átomos no universo observável para ser em torno de 10 ^80.

1. Observações da radiação cósmica de fundo do Wilkinson Microwave Anisotropy Probe sugerem que a curvatura espacial do universo é muito próximo de zero, o que em modelos cosmológicos actuais implica que o valor do parâmetro de densidade deve ser muito próximo de um certo valor crítico. Isso funciona para 9,9 × 10 ^-27 kg / metro ^3, o que seria equivalente a cerca de 5,9 átomos de hidrogênio por metro cúbico. A análise dos resultados do WMAP sugere que apenas cerca de 4,6% da densidade crítica é na forma de átomos normais, enquanto 23% é pensado para ser feito de matéria escura fria e 77% é pensado para ser energia escura, então isso deixa átomos de hidrogênio 0,27 / m ^3. Multiplicando isso pelo volume do universo visível, você tem cerca de 8 × 10 ⁷⁹ átomos de hidrogênio.
2. Um típico estrela tem uma massa de cerca de 2 × 10 ³⁰ kg, o que é de cerca de 1 × 10 ⁵⁷ átomos de hidrogênio por estrelas. Uma galáxia típica tem cerca de 400 bilhões de estrelas, de modo que significa que cada galáxia tem 1 × 10 ⁵⁷ × 4 × 10 ¹¹ = 4 × 10 ⁶⁸ átomos de hidrogênio. Há possivelmente 80 bilhões de galáxias no Universo, o que significa que há cerca de 4 × 10 ⁶⁸ × 8 × 10 ¹⁰ = 3 × 10 ⁷⁹ átomos de hidrogênio no Universo observável. Mas este é definitivamente um cálculo limite inferior, e ignora muitas fontes possíveis de átomos.

Massa do universo observável

A massa da matéria no universo observável pode ser estimada com base na densidade e tamanho.

Estimativa com base na densidade estelar medida

Uma maneira de calcular a massa da matéria visível que compõe o universo observável é assumir uma massa solar médio e multiplique isso por uma estimativa do número de estrelas no universo observável. A estimativa do número de estrelas no universo é, por sua vez derivado do volume do universo observável ( ) E uma densidade estelar calculados a partir de observações pelo Telescópio Espacial Hubble ( ) Produzindo uma estimativa do número de estrelas no universo observável de (9 bilhões de trilhões de estrelas). Assumindo que a massa do Sol ( ) Como a massa solar médio (na base de que a grande população de estrelas saldos anãs fora da população de estrelas cuja massa é maior do que Sol) e arredondamento da estimativa do número de estrelas até produz uma massa total de todas as estrelas no universo observável como . Entretanto, conforme observado na seção "questão de conteúdo", os resultados do WMAP, em combinação com o Modelo Lambda-CDM prevêem que menos de 5% da massa total do universo observável é composta de matéria visível, como estrelas, sendo o restante composto de matéria escura e energia escura.

Hoyle calcula a massa de um observável universo de estado estacionário utilizando a fórmula Ou .