Det observerbare univers: definition, størrelse og nøglefakta

Det observerbare univers forklaret: definition, størrelse, alder og nøglefakta om kosmisk horisont, afstande og forskellen mellem synligt og observerbart univers.

I Big Bang-kosmologien betegner det observerbare univers det volumen af rum, hvis lys eller andre signaler i teorien kan nå en observatør på Jorden. Med andre ord er det alt det, som information fra lys, neutriner eller gravitationsbølger har haft tid til at rejse til os fra universets begyndelse under den kosmologiske ekspansion. Det observerbare univers udgør et kugleformet volumen (en kugle) centreret om observatøren — uanset universets globale form — og ethvert punkt i universet har sit eget observerbare univers, som kan overlappe eller være forskudt i forhold til det, der er centreret om Jorden.

Hvad betyder "observerbar"?

Begrebet observerbar afhænger ikke af vores nuværende teknologiske evner til at måle et signal; det betyder blot, at det i princippet er muligt for signalet at nå frem til en observatør. I praksis er meget af dette uden for vores nuværende rækkevidde: vi kan kun direkte observere elektromagnetisk stråling fra så langt tilbage, som universet blev gennemsigtigt for fotoner. Før dette tidspunkt var universet fyldt med et tæt plasma, hvor fotoner konstant blev spredt og genabsorberet, så lys ikke kunne rejse frit.

Synligt vs. observerbart univers

Astrofysikere skelner ofte mellem det synlige univers og det observerbare univers:

• Det synlige univers omfatter de signaler, vi kan modtage som elektromagnetisk stråling siden rekombinationen (dvs. da elektroner og protoner kombinerede sig til neutrale atomer, og kosmos blev gennemsigtigt for fotoner). Den overflade, hvorfra denne stråling stammer, kaldes ofte for den sidste spredningsflade eller last scattering surface — den vi iagttager som kosmisk baggrundsstråling (CMB).
• Det meget brede begreb observerbart kan også omfatte information båret af andre signaltyper (fx neutriner eller gravitationsbølger) der i princippet kunne belyse tidligere tider, inklusive nogle signaler fra før rekombinationen. Dog er sådanne baggrunde svære at måle direkte.

Afstande og alder

Universets alder er cirka 13,8 milliarder år (målinger fra kosmologiske observationer angiver værdier omkring 13,79–13,80 milliarder år). På grund af universets udvidelse svarer det til, at dele af universet, hvis lys begyndte sin rejse for næsten hele universets alder siden, nu ligger meget længere væk end en simpel multiplikation af alder × lyshastighed.

Den sædvanlige måde at angive størrelsen af det observerbare univers på er ved dets comoving-radius (en afstandsmål, der fjerner effekten af udvidelsen) eller den nuværende egenafstand. Et standardestimat er, at radius af det observerbare univers er ca. 14,3 milliarder parsecs (ca. 46,5 milliarder lysår), og dermed er diameteren omtrent 28,6 milliarder parsecs (ca. 93 milliarder lysår). Man ser ofte tallet angivet som ca. 46–47 milliarder lysår for radiusen (altså ca. 92–94 milliarder lysår i diameter).

Nogle nøglefakta

• Den sidste spredningsflade (CMB) stammer fra rekombinationen ca. 380.000 år efter Big Bang og ligger ved en rødshiftsværdi z ≈ 1100. Det er det ældste elektromagnetiske lys, vi kan direkte observere.
• “Observerbart” betyder ikke nødvendigvis “synligt med elektromagnetisk stråling”: neutrino- og gravitationsbølgebaggrunde kan i princippet bære information fra endnu tidligere tider, men er teknisk sværere at påvise.
• Hvert observerende sted i universet har sin egen kugle af observerbart rum; to observatørers kugler kan delvist overlappe eller være adskilte afhængigt af deres gensidige afstand og universets historie.
• Observationer af den kosmiske mikrobølgebaggrund og andre datasæt sætter stramme grænser for parametre som universets alder, dens udvidelseshastighed (Hubble-parameteren) og sammensætningen af mørk materie, mørk energi og almindelig stof.
• Estimatet for det samlede antal galakser i det observerbare univers er blevet revideret i de senere år; bredt citerede studier antyder op til ca. 2 billioner (2 × 10^12) galakser, og antallet af stjerner anslås groft til mellem ca. 10^22 og 10^24.

Forskellen på partikelhorisont og hændelseshorisont

Det observerbare univers er tæt forbundet med begrebet partikelhorisont (particle horizon) — den maksimale afstand fra hvilken lys kunne være sendt, så det når observatøren nu. Et andet relateret begreb er den kosmiske hændelseshorisont (event horizon): i et accelererende univers kan der være regioner, hvis signaler aldrig vil kunne nå os i fremtiden, selvom de i princippet kunne have nået os i et ikke-accelererende univers. Disse horisonter beskriver forskellige aspekter af, hvad der er tilgængeligt eller tilgængeligt i fremtiden.

Begrænsninger og åbne spørgsmål

Der er vigtige begrænsninger i, hvad vi kan vide om det, der ligger uden for vores observerbare kugle: lys fra disse regioner har endnu ikke haft tid til at nå os, så vi kan ikke direkte måle deres egenskaber. Derudover afhænger fortolkningen af observationer af kosmologiske modeller (f.eks. inflationære scenarier), og visse detaljer — som den eksakte globale geometri og topologi af hele universet — forbliver usikre.

Sammenfattende er det observerbare univers det område, hvorfra information kunne være nået til os siden universets tidligste faser; det er stort, men kun en lille del af, hvad der kan eksistere uden for vores synsfelt, hvis universet er meget større eller endda uendeligt.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er Big Bang-kosmologien?

Spørgsmål: Hvad er et observerbart univers?

Spørgsmål: Hvor langt tilbage kan vi se lys?

Sp: Hvad er forskellen mellem synlige og observerbare universer?

Spørgsmål: Hvor stor er radius af det synlige univers?

Spørgsmål: Hvor gammel er universets anslåede alder?

Søg efter bogstav