Vidljivi svemir

Vidljivi svemir je termin u kosmologiji koji služi za opisivanje vidljivog dela našeg univerzuma. Po definiciji, to je jedna sfera čije su granice u kosmičkom horizontu, a Zemlja je u centru. To je, dakle, jedan relativni pojam, a drugi posmatrači smešteni negde u svemiru neće imati istu sferu posmatranja, ali njihova oblast biće ista.

Longitudijalno predstavljanje univerzuma sa Solarnim sistemom u centru kako se udaljava od centra, bliske zvezde, Persejeva grana, Mlečni put i bliske galaksije, mrežna struktura višeg stepena, pozadinsko difuzno zračenje, i na periferiji nevidljiva plazma Velikog praska.

S obzirom da naš univerzum ima konačnu starost, 13,819 milijardi godina, svetlost vasionskih objekata smeštenih preko horizonta nije imala vremena da dođe do nas pa su ti objekti nevidljivi; međutim vidljivi svemir se uvećava vremenom: vidljivi deo svemira čini sekundarna svetlost koja se neprekidno uvećava, na način posmatranja kroz svetlosnu godinu, je veći za jednu svetlosnu godinu ili još veći računajući širenje svemira.

Najudaljeniji objekti vidljivog svemira su isto tako mlađi i bliži Velikom prasku, jer je njihova svetlost utrošila više vremena da stigne do pomatrača. Istovremeno, oni se više primiču crvenom spektru što je objekat dalje.

Oblik vidljivog svemira

Pod vidljivim svemirom se podrazumeva sve vidljivo i merljivo, a brzina svetlosti kao konstanta. Sve što se nalazi preko kosmičkog horizonta ne može biti posmatrano niti uticati na ono što može biti posmatrano.

Taj princip je uveo Edvard A. Milne, rekavši da je vidljivi svemir globalno gledano homogen i izotropan. On je, globalno gledano, jednak u svim pravcima i zraci svetlosti dolaze sa svih strana prolazivši jednake razaljine za jednako vreme.

Univerzum je u ovom momentu jedna sfera u kojoj je posmatrač u centru i čije je prostranstvo pređena razdaljina od strane zraka svetlosti za vreme postojanja svemira u tom trenutku.

U praksi, vidljivi svemir se odnosi na svemir vidljiv golim okom. On je danas ograničen površinom pozadinskog difuznog zračenja koje može biti označeno po prvoj proceni kao prostor gde se desila emisija 380.000 godina posle Velikog praska, elektromagnetno zračenje vidljivo danas kao pozadinsko difuzno zračenje. Njegova anizotropija je kartografisana od strane Kosmičkog pozadinskog istraživača a zatim i Plankovim satelitom. Kosmička neutrinska pozadina predskazana 1953. godine od strane Ralfa Alfera, Džejmsa Folina i Roberta Hermana, nije detektovana dok nije kosmička pozadina gravitacionih talasa najavljena i potvrđena 17. marta 2014. godine.

Sa druge strane, neki delovi svemira nisu vidljivi. Radi se o delovima svemira smeštenih preko horizonta crnih rupa. Astrofizika crnih rupa objašnjava kao gravitaciono urušavanje masivnih zvezda smeštenih u centru galaksije.

Percepcija vidljivog svemira

To što se može posmatrati i meriti u svemiru je jedna slika svemira a ne realni svemir u momentu u kome je posmatran. Ta slika svemira je dosta drugačija od realnog svemira, i ta iskrivljenost je posledica činjenice da je brzina svetlosti konačna, i ona se kreće kroz svemir u njegovom širenju što dovodi do određenog broja efekata:

• Vidljivi svemir izgleda konačno mada je mnogo širi i moguće beskonačan.
• Svetlost dobijena od najdaljih objekata je pomerena ka crvenom sprektru i postaje sve manje vidljiva i sa manje energije što je objekat dalji. To je dodatni razlog za konačnost vidljivog svemira.
• Astronomski objekti postaju toliko mlađi u odnosu na Veliki prasak što su dalji.
• Razdaljina objekta koji se posmatra u momentu kad je svetlost emitovana i u momentu kad je primljena može biti veoma različita. Pored uticaja širenja svemira, pojedini objekti koji su veoma blizu posmatraču u odnosu na druge za vreme svetlosne emisije izgledaju kod prijema suprotno tj. udaljenije. Najdalji položaj zone koja je emitovala pozadinsko difuzno zračenje koja je ovog momenta vidljiva je bila relativno blizu 40 miliona svetlosnih godina je bliža nego objekti koje danas posmatramo i koji su bili dalji u momentu emisije njihove svetlosti.

Konačnost i razvoj područja

Budući da sfera konačnog vidljivog svemira zauzima jedan konačan volumen u vremenu i prostoru ta konačnost proističe iz toga što univerzum ima konačnu starost i svetlost se prostire vakuumom konačnom brzinom. Taj volumen čini samo deo univerzumna u svojoj celini koji je potencijalno beskonačan ako je njegova zakrivljenost nula.

Merenje difuznog pozadinskog zračenja pokazuje da je zakrivljenost univerzuma veoma slaba, ili nulta što dovodi do zaključka da vidljivi svemir ne predstavlja ni 2% univerzuma.

Prostor vidljivog svemira se neprestano širi zbog efekta vezanog za uvećavanje svemira i za brzinu svetlosti ali rastojanja između objekata se uvećavaju zbog širenja svemira. Omogućava li uvećanje prostora mogućnost viđenja većeg broja objekata tokom vremena?

Stepen uvećanja prostora svemirskog horizonta je ${\frac {dH_{p}}{dt}}=H_{p}(z)H(z)+c$

Gde je $H_{p}(z)$ rastojanje kosmičkog horizonta u vremenu gledano u prošlost definisano kroz kretanje ka crvenom z, $H(z)$ Habelova konstanta tog istog vremena i ce je brzina svetlosti. Formula je funkcija z a ne t pošto je nemoguće odrediti vreme posmatranja u funkciji z.

$H_{p}(z)H(z)$ odnosi se na opadajuću brzinu objekata smeštenih na kosmičkom horizontu, zaključujemo pomoću te formule da svake sekunde vremena koje istekne nam omogućava da otkrijemo dubinu prostora od 300 hiljada kilometara koji se sve brže udaljavaju a novi objekti se pojavljuju u vidljivom svemiru tako da više nikada neće nestati. Danas, najudaljeniji objekti se udaljuju brzinom od $3.409c$ a prostor vidljivog svemira brzinom od $4.409c$, i na kraju vremena najdalji objekti će se udaljavati brzinom koja će težiti beskonačnosti, a polje vidljivog svemira će ih uvek prevazilaziti brzinom c.

Bilo bi naučno lakomisleno ignorisati nevidljivi deo svemira pod geslom da ga ne možemo videti. U tome i leži cela snaga teoretskog modela da se može sagledati univerzum u svojoj celini iako je vidljiv samo njegov deo.

U suštini, s jedne strane pozicija posmatrača nema značajne posledice na posmatranje. Kopernikovski princip je naznačio čast Kopernika prema kome Zemlja ne zauzima privilegovano mesto u Sunčevom sistemu je potvrđena i preneta na Sunce od strane Johana Keplera a zatim relaizovana od strane Isaka Njutna. Rezultat je tako naznačen od strane Aleksandra Vilenkina po kome u svemiru ne postoji privilegovano mesto.

S druge strane, kosmologički princip, tako naznačen od strane Edvarda A. Milnea koji najavljuje da je vidljivi svemir kompleksno gledan homogen i izotropan i uverava da je nevidljivi u istom kosmičkom vremenu verovatno sličan vidljivom delu svemira.

Pogled u prošlost

HUDF-JD2, piramidalna galaksija smeštena u krugu uvećanja desno na slici. Njeno skretanje ka crvenom je negde oko z=6,5, u pravcu vremena gledanom u prošlost od 850 miliona godina od Velikog praska.

Daleki objekti vidljivog svemira ne izgledaju kakvi su u istom kosmičkom vremenu, kao što su posmatrani objekti dalji ako se posmatraju u mlađem kosmičkom vremenu. Tako, najudaljeniji objekat je kvazar koji izgleda kakav je bio 700 miliona godina posle Velikog praska. Međutim, u momentu kada je imao današnje karateristike, to nije posmatranjem današnji objekat.

Procena starosti posmatranog objekta u odnosu na Veliki prasak nije laka, i podrazumeva proučavanje vremena gledanog u prošlost. To vreme nije direktno posmatrano i mora da bude određeno kretanjem ka crvenom pomaku direktno mereno u odnosu na skretanje realnog elektromagnetnog spektra posmatranog objekta. To skretanje u kosmičkom objektu zavisi od kosmologičkog modela koji je upotrebljen, kao i vrednost njegovih parametara koji su često malo poznati.

Razdaljina emisije i razdaljiina prijema

Astronomski objekti u velikom skretanju prema crvenom spektru su u istom kosmičkom vremenu kao opservacija. Što je njegovo skretanje ka crvenom spektru veće oni su udaljeniji. To je razdaljina za prijem svetlosti, koja je veća od brzine svetlosti posmatranog svetlosnog objekta. Ne možemo znati kako izgledaju ti objekti u tom momentu i na toj razdaljini.

Ti objekte se vide kakvi su oni izgledali u momentu kad su bili na drugačijoj razdaljini, to je razdaljina u trenutku emisije. Razdaljina emisije se povećava kad postoji skretanje spektra ka crvenom za mala skretanja, ali se smanjuje za velika skretanja ka crvenom spektru. U univerzumu modelovanom prema metričkom sistemu FLRV, skretanje ka crvenom spektru graniči posle čega se distanca emisije smanjuje i ona je z = 5/4 =1,25, što predstavlja razdaljinu od 5 milijardi svetlosnih godina. U tom momentu je bila takva kakvu je mi danas vidimo. Pošto kosmičko pozadinsko zračenje ima veliko skretanje ka crvenom, deo je svemira koji je stvorio to zračenje i bio je blizu nas u momentu emisije pre 40 miliona svetlosnih godina.

Veličina vidljivog svemira

Danas je starost svemira (jun 2014.) procenjena na približno 13,798 milijardi godina prema tome svetlost nastala u najudaljenijim objektima koje možemo detektovati na granici vidljivog dela svemira je prešla 13,8 milijardi godina posle njene emisije.

Za određivanje te distance treba prihvatiti model univerzuma i poznavati brzinu širenja prostora i zaključiti distancu udaljenog objekta za vreme emisije fotona. Prema standardnom kosmološkom modelu aktuelna razdaljina kosmičkog horizonta reda veličine 45 milijardi svetlosnih godina.

Ne možemo posmatrati objekte smeštene na kosmičkom horizontu u njihovoj trenutnoj razdaljini. Mi teoretski možemo da posmnatramo samo objekte prostora kosmičkog pozadinskog zračenjea 300000 godina posle Velikog praska, kad se svemir dovoljno ohladio da bi elektroni mogli da stvore atomska jezgra što je dovelo do efekta Kompton i fotoni su uspeli da prežive toliko dugo da bi došli do Zemlje. Teoretski je moguće izvući informacije pre tog perioda zahvaljujući gravitacionim talasima ili fosilima neutrina koji još nisu detektovani ali gravitacioni talasi su detektovani 17. marta 2014. godine.

Masa vidljivog svemira

Vizualizacija vidljivog svemira u tri dimenzije na 93 milijarde svetlosnih godina (28 milijardi parseka).

Evo tri načina procene po redu veličine materije i energije u vidljivom delu našeg svemira. Ona je u proceni na 10⁸⁰ metara kubnih totalni broj atoma.

1. Horizont našeg univerzuma zauzima trenutno 40 milijardi svetlosnih godina. Ako se izostavi zakrivljenost, volumen vidljivog svemira zauzima: 4/3.π.R³ = 2×10⁸⁰ m³. Kritična gustina univerzuma kroz Hablovu konstantu je jednaka 75 (km/s)/Mpc, ili : 3.H²/(8.π.G) = 10⁻²⁶ kg/m³ ; pet atoma vodonika u metru kubnom. Množenjem toga sa volumenom vidljivog svemira dobijamo 10⁸¹ atoma vodonika.
2. Jedna tipična zvezda ima težinu od 2×10³⁰ kg (to je masa Sunca), što predstavlja 10⁵⁷ atoma vodonika po zvezdi. Jedna tipična galaksija ima oko 400 milijardi zvezda što daje računicu da svaka galaksija ima 1×10⁵⁷ × 4×10¹¹ = 4×10⁶⁸ atoma vodonika. Može imati oko 80 milijardi galaksija u vidljivom delu našeg svemira pa iz toga proizilazi da u univerzumu ima 4×10⁶⁸ × 8×10¹⁰ = 3×10⁷⁹ atoma vodonika.
3. Jednostavniji način, stroži, ali manje arbitarski u proceni korišćenjem Fridmanove jednačine. Numerička primena kojom se može približno utvrditi aktuelna gustina od 5×10^-27 kg/m³ za jednu totalnu masu univerzuma od 10⁸¹ m³ od kojih mi vidimo oko 20 % što odgovara 10⁵⁴ kg materije, 5×10⁸⁰ atoma u vidljivom delu svemira.

Najdalji objekti

Na današnji dan(septembar 2014. godine), najudaljenija galaksija od Zemlje je z8 GND 5296 koja je otkrivena 23. oktobra 2013. godine. Nastala je oko 700 miliona godina posle Velikog praska, i nalazi se na razdaljini od 30 milijardi svetlosnih godina od Solarnog sistema.

Druge najdalje galaksije :

• Galaksija MACS0647-JD čije je otkriće najavljeno za 15. novembar 2012. godine ;
• Galaksija UDFu-38135539, otkrivena 2010, godine, a starost joj je procenjena na 13,692 milijardi godina ;
• Galaksija UDFj-39546284, otkrivena 2011,, a starost joj je procenjena na 13,2 milijardi godina ;
• Galaksija u galaktičkom jatu Abel 2218, otkrivena 2001. godine, a starost joj je procenjena na 13 milijardi godina.

Povezano

• Svemir
• Horizont