Vaadeldav universum — mis see on, suurus ja vanus

Avasta vaateldava universumi mõiste, suurus (~93 miljardit valgusaastat), vanus (≈13,8 mld a) ja miks näeme vaid osa kosmilistest signaalidest.

Suure Paugu kosmoloogias on vaadeldav universum see, mida teoreetiliselt saab Maalt näha. See on valgus või muud signaalid, mis on kosmoloogilise paisumise algusest alates jõudnud Maale. Vaateldav universum on sfääriline ruumala (pall), mille keskmes on vaatleja, sõltumata universumi kui terviku kujust. Igas kohas universumis on oma vaadeldav universum, mis võib kattuda või mitte kattuda Maale keskendunud universumiga.

Sõna "täheldatav" ei sõltu sellest, kas kaasaegne tehnoloogia võimaldab tõepoolest tuvastada selles piirkonnas asuva objekti kiirgust. See tähendab lihtsalt seda, et põhimõtteliselt on võimalik, et objekti valgus või muud signaalid jõuavad vaatlejani Maal. Tegelikkuses on palju sellist, mida me ei näe. Me näeme valgust ainult nii kaugelt, kui osakesed olid esimest korda võimelised kiirgama footoneid, mis ei neeldunud kiiresti tagasi teiste osakeste poolt. Enne seda oli universum täidetud plasmaga, mis oli fotonite jaoks läbipaistmatu.

Mõiste ja ulatus

Vaadeldav universum määratletakse tavaliselt kui kõik punktid ruumis, millelt lähtunud valgus (või muu signaal) jõuab vaatlejani praegusel aegruumil. See piir sõltub vaatleja asukohast ja ajast: igal vaatlejal on oma vaadeldav universum. Praktikas räägitakse sageli ka nähtavast universumist, mis mõnikord piirdub ainult rekombinatsioonist (CMB ehk kosmilise mikrolaine taustkiirguse) lähtuva signaaliga.

Mõõtühikud ja arvud

Astrofüüsikutes kasutatakse erinevaid kaugusmõõtjaid. Üks oluline on komovise kaugus (komoving distance), mis arvestab ruumi laiuse muutumist kosmoloogilise paisumise käigus ja mida kasutatakse vaadeldava universumi suuruse määramiseks täna. Mõned levinud hinnangud:

• Nähtava universumi raadius (piiratud rekombinatsioonist pärinevate signaalide järgi): umbes 14,0 miljardit parseki (umbes 45,7 miljardit valgusaastat).
• Vaadeldava universumi serva kaugus (kõik signaalid alates inflatsiooni lõppemisest tänapäevani): umbes 14,3 miljardit parseki (umbes 46,6 miljardit valgusaastat), mis on ligikaudu 2% suurem kui eelmise näitaja.
• Vaateldava universumi läbimõõt on seetõttu hinnanguliselt umbes 28 miljardit parsekit (93 miljardit valgusaastat), mis tähendab, et vaadeldava universumi serv on umbes 46–47 miljardi valgusaasta kaugusel.

Miks on vahe vanuse ja kauguse vahel nii suur?

Tavaline küsimus on: universumi vanus on ~13,8 miljardit aastat, kuidas saab siis vaadeldava universumi serv olla ~46 miljardit valgusaastat? Vastus peitub kosmoloogilises paisumises. Valguse teekondelt arvestades on tähtede ja galaktikate valgus algselt lahkunud palju varem ja lähemalt, kuid selle valguse levimise ajal on ruum ise paisunud. Selle tulemusena asuvad need objektid praegu palju kaugemal kui see, kui kaua valgus on liikunud. Seega on valguse "reisiiga" ≈13,8 miljardit aastat, ent komovise kauguse järgi on objekti tänane paik kaugemal — kuni ~46–47 miljardit valgusaastat.

Universumi vanus ja selle mõõtmine

Universumi vanuse parim hinnang 2013. aasta seisuga on 13,798 ± 0,037 miljardit aastat. Pärast seda on täiendavate vaatlustega (sh Universumi paisumise ja CMB mõõtmised) hinnanguid pisut täpsustatud; kaasaegsed parimad väärtused on ikka ligikaudu 13,8 miljardit aastat (näiteks Plancki missiooni tulemused annavad sarnase väärtuse, erinevate meetodite täpsus veidi varieerub).

Piirid ja teised mõisted

• Partiklihorizon (particle horizon) tähistab kõige kaugemat komovist punkti, millelt valgus võis alates Suurest Paugust jõuda vaatlejani tänases ajas.
• Horisont ja sündmushorisont: kosmiline sündmushorisont on kaugus, millest kaugemalt lähtuvate sündmuste valgus ei jõua meieni kunagi, sest universumi kiirenev paisumine "ära tõukab" nende valguse meist tulevikus mööda. See erineb partiklihorizonist, mis on juba jõudnud signaalide piir.
• Nähtav vs. vaadeldav: mõnikord eristatakse spetsiaalselt rekombinatsioonist tulevat "nähtavat universumit" (peamiselt CMB allikas) ja laiemat "vaadeldavat universumit", mis arvestab kõiki signaale inflatsioonijärgse ajast kuni tänapäevani.

Mida see tähendab meie arusaamade jaoks?

Vaadeldav universum on vaid osa kogu universumist — osad teooriad lubavad, et universum võib olla palju suurem, võib-olla lõpmatu. See, mida me näeme, on piiratud aja ja valgusega ning kosmoloogilise paisumise dünaamikaga. Mõned piirkonnad jäävad igaveseks meile kättesaamatuks, teised võivad tulevikus meie vaatevälja langeda või sealt kaduda, sõltuvalt universumi paisumise edasest käigust.

Kokkuvõtteks: vaadeldav universum on see osa universumist, millelt lähtunud signaalid on jõudnud Meieni alates kosmoloogilise paisumise varasest ajast. Selle raadius on komovise kauguse mõistes ligikaudu 46–47 miljardit valgusaastat, mis on palju rohkem kui universumi vanusest (≈13,8 miljardit aastat) tulenev lihtne valgussagedus, kuna ruum ise on selle aja jooksul paisunud.

Küsimused ja vastused

K: Mis on Suure Paugu kosmoloogia?

K: Mis on vaadeldav universum?

Küsimus: Kui kaugele tagasi saame me valgust näha?

K: Mis vahe on nähtava ja vaadeldava universumi vahel?

K: Kui suur on nähtava Universumi raadius?

K: Kui vana on Universumi hinnanguline vanus?

Otsing