Wie alt ist das älteste von der Erde aus sichtbare Licht?

Da sich Licht nur so schnell fortbewegen kann, wurde alles Licht, das wir am Himmel sehen, zu einem früheren Zeitpunkt ausgestrahlt. Wenn wir zum Beispiel eine Supernova oder ein anderes großartiges Sternereignis sehen, ist es vielleicht schon lange vorbei, bis wir es sehen. Das hat mich irgendwie neugierig gemacht, was ist das älteste Licht, das wir von der Erde aus sehen können?

Das Universum ist angeblich ungefähr 13 Milliarden Jahre alt, aber wir befinden uns wahrscheinlich nicht am äußersten Rand des bekannten Universums, so dass alles Licht, das wir sehen, wahrscheinlich weniger als 13 Milliarden Jahre alt ist. Also, was ist das älteste Licht, das wir sehen können? und als optionale Folgefrage, woher wissen wir, wie alt dieses Licht ist?

Ich vermute, das Licht selbst ist vielleicht nicht wirklich "alt", aber es ist wahrscheinlich offensichtlich, was ich hier frage, anders ausgedrückt: Wie weit ist es jetzt am längsten, bis das sichtbare Licht der Erde die Erde erreicht hat? Diese Reformation der Frage ist jedoch mit Linseneffekten behaftet.

Das älteste Licht im Universum ist der kosmische Mikrowellenhintergrund . Etwa 380.000 Jahre nach dem Urknall "rekombinierten" Protonen und Elektronen ¹ zu Wasserstoffatomen. Vorher haben Photonen von den freien Elektronen im Plasma-Füllraum gestreut, und das Universum war im Wesentlichen lichtundurchlässig. Sobald jedoch eine Rekombination stattfand, konnten sich Photonen von den Elektronen "entkoppeln" und ungehindert durch den Raum bewegen. Diese Reliktstrahlung ist noch heute zu beobachten; es wurde rot verschoben und abgekühlt.

Wir können Licht von weit entfernten Objekten erkennen, und wir haben. Es ist sinnvoller, über Distanz in Bezug auf Rotverschiebung zu sprechen . Je größer die Rotverschiebung ist, desto weiter ist ein Objekt entfernt. Es gibt eine Reihe von Objekten mit extrem hoher Rotverschiebung, von denen einige Messungen bestätigt wurden und andere nicht. Kandidaten gehören

• MACS0647-JD (Rotverschiebung ), eine sehr entfernte Galaxie.$z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$
• UDFj-39546284 (Rotverschiebung von nach ), eine andere Galaxie oder Protogalaxie (obwohl ihre Entfernung ungewiss ist und ihre genaue Natur umstritten ist).$z=10$$z=12$
• GN-z11 (Rotverschiebung ), eine sehr leuchtende ferne Galaxie.$z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$

Alle diese Objekte hätten sich jedoch einige hundert Millionen Jahre nach dem Urknall gebildet, so dass das Licht, das wir von ihnen sehen, viel "jünger" ist als das des kosmischen Mikrowellenhintergrunds.

^{1 Ich habe die Verwendung in diesem Zusammenhang nie gemocht, da dies das erste Mal war, dass sie kombiniert wurden. das "re" ist irgendwie irreführend.}

Was ist das älteste Licht, das wir sehen können?

Der kosmische Mikrowellenhintergrund gilt als die älteste für uns nachweisbare elektromagnetische Strahlung. Es liegt im Mikrowellenspektrum, kann also nicht mit bloßem Auge gesehen werden, sondern wird von "Radioteleskopen" aufgenommen. Wir nennen es "Licht" im weiteren Sinne.

Ein bemerkenswerter Aspekt dieser Hintergrundstrahlung ist ihre nahezu Gleichmäßigkeit in alle Richtungen. Astronomen begründen, dass die Gleichförmigkeit zu stark ist, als dass die Quelle ein wirklich großes Ding wie ein riesiger Ballon wäre ... aber das wäre der Fall, wenn alles tatsächlich so weit voneinander entfernt wäre, wie es zu sein scheint.

Wenn es wirklich so groß wäre, wie es aussieht, würde es doppelt so alt sein wie das Universum, wenn eine Seite von der anderen betroffen wäre! Stattdessen glauben Astronomen, dass das, was wir sehen, ein sehr kleiner Körper war, der größer geworden ist; deshalb sieht es in jeder richtung gleich aus. Ein Teil des Wachstums wird als metrische Expansion des Raums bezeichnet und hat eine andere Bedeutung als gewöhnliches Wachstum.

Woher kennen wir das Alter dieses Lichts?

Das Alter des kosmischen Hintergrundlichts kann nur indirekt bestimmt werden , indem man zuerst weiß, wie lange es her ist, dass der Urknall stattgefunden hat, und dann herausfindet, wann das Licht im Verlauf des Urknalls ausgestrahlt wurde.

Durch Vergleichen der Geschwindigkeit, mit der alles größer zu werden scheint, mit der Geschwindigkeit, mit der alles größer zu werden scheint, auf dieselbe Weise, wie Sie aufgrund der Geschwindigkeit der Straße und der Entfernung schätzen könnten, wie lange es dauern würde, zu einem Ort zu fahren, berechnen wir die Hubble-Konstante . Dies hilft uns zu berechnen, wie lange der Urknall zurückliegt.

Es gibt auch bestimmte "Schallwellen" ( baryonische akustische Schwingungen ), bei denen alte Dinge, einschließlich des kosmischen Mikrowellenhintergrunds, im Rhythmus heller und dunkler werden, wie beim Pendeln einer Uhr. Sie können entweder von links nach rechts (für sich bewegende Dinge) oder durch Überwachen eines Videos (für stationäre Dinge) gemessen werden. Wenn Sie diese Rhythmen messen und mit der Hubble-Konstante vergleichen, können Sie auch berechnen, wie lange der Urknall zurückliegt.

Schließlich hat der Mikrowellenhintergrund physikalische Eigenschaften (wie Temperatur und Dichte), die es uns ermöglichen, zu bestimmen, wann er während der Expansion und Abkühlung des Urknalls emittiert wurde . Zusammen mit all diesen Berechnungen berechnen wir das Alter des kosmischen Mikrowellen-Hintergrundlichts.

Astronomen glauben, dass diese kombinierte Berechnung ("LCDM", "Lambda-CDM" oder "Urknallkosmologie" genannt) sehr gut ist, da die verschiedenen Zahlen zum größten Teil * übereinstimmen . Sie freuten sich, bereits 2018 über weitere gute Ergebnisse berichten zu können, als eine Studie namens Dark Energy Survey abgeschlossen wurde. Da das LCDM jedoch bestimmte Annahmen enthält, die möglicherweise nie validiert werden können, und da es immer noch einige ungeklärte Abweichungen gibt, wissen wir nicht, ob eine andere Art der Berechnung besser wäre, vorausgesetzt, sie passt immer noch zu den Messungen.

Woher wissen wir, dass dies das älteste Licht ist?

Nur wenn man über die physikalischen Eigenschaften des kosmischen Mikrowellenhintergrunds nachdenkt und darüber nachdenkt, wann er während des Urknalls sein Licht emittiert haben muss, identifizieren die Astronomen es als das älteste mögliche Licht im Universum, das älter ist als irgendwelche Sterne oder Galaxien. Es sagt uns nicht, wie alt es für sich ist; In der Tat achten Astronomen immer darauf, dass es sich nicht nur um eine Staubschicht auf dem Teleskop handelt!

Wie weit ist der kosmische Mikrowellenhintergrund entfernt?

Diese Frage ist wirklich schwer zu beantworten. Laut der Urknallkosmologie war der kosmische Mikrowellenhintergrund nicht "irgendwo", sondern überall. Und die seit dem Urknall zurückgelegte Strecke unterscheidet sich aufgrund der metrischen Ausdehnung des Raums von der Zeit multipliziert mit der Lichtgeschwindigkeit. Dies ist ein Ergebnis der relativistischen Längenkontraktion aufgrund der Geschwindigkeit, mit der sich alles bewegt.

Ist das beobachtbare Universum jünger als das größere Universum, vorausgesetzt, dass es existiert?

Wenn Sie die Zeitspanne vom Urknall bis zum heutigen Tag berechnen, erhalten Sie das gleiche Ergebnis, unabhängig davon, ob Sie unser beobachtbares Universum oder das möglicherweise vorhandene größere Universum betrachten. Deshalb ist das Zeitalter "unseres" Universums dasselbe wie das Zeitalter "des" Universums.

* Einige verschiedene Studien zur Bestimmung der Hubble-Konstante haben den Kosmologen eine Pause gegeben ( Link 1 , Link 2 ). Je nachdem, welchen Teil des Universums Sie betrachten, kann es sich um 67 oder um 73 in den Standardeinheiten handeln.

Wissenschaftler haben eine Galaxie namens GN-z11 (bereits von HDE 226868 erwähnt ) entdeckt, die nur 400 Millionen Jahre nach dem Urknall oder vor etwa 13,3 Milliarden Jahren existierte:

Die am weitesten entfernte Galaxie schlägt den Weltrekord

Die Entdeckung eines 10 Milliarden Jahre alten Sterns wurde erst letzte Woche angekündigt:

Hubble entdeckt den am weitesten entfernten Stern, der jemals gesehen wurde

Hier ist eine Liste von entfernten astronomischen Objekten auf Wikipedia .

Sie haben mithilfe der Semantik zwei Fragen gestellt:

• "Wie alt ist das älteste von der Erde aus sichtbare Licht?"

Von der Antwort von @ Pela zu: Warum gibt es einen Unterschied zwischen dem kosmischen Ereignishorizont und dem Alter des Universums? - In ca. 100 Millionen Jahren wird uns das am weitesten entfernte Licht aus über 116 Millionen Lichtjahren Entfernung erreichen.

Die 16 Gly, die der Abstand zum Ereignishorizont heute beträgt, ist ein Zufall. Es hat nichts mit dem Zeitalter des Universums zu tun. Es hängt nur von der zukünftigen Expansion des Universums ab, die wiederum von der Dichte der Komponenten des Universums abhängt (Ωb, ΩDM, ΩΛ usw.). Wenn das Universum von Materie (oder Strahlung) dominiert worden wäre, gäbe es keinen Ereignishorizont: Keine Galaxie, die so weit weg wäre, wäre für uns nicht sichtbar, wenn wir nur die Geduld hätten, zu warten. Eine Galaxie ist 10.000 Milliarden Lichtjahre entfernt? Warten Sie einfach lange genug (genau wie lange hängt von der tatsächlichen Dichte ab).

Unser Universum wird jedoch von dunkler Energie dominiert, was die Expansion ohne Grenzen beschleunigt. Dies bedeutet leider, dass das Licht, das heute von einer Galaxie mit 17 Gly entfernt ist, durch die Ausdehnung schneller weggetragen wird, als es auf uns zukommen kann. Im Gegensatz dazu bewegt sich das Licht, das heute von einer 15 Gly entfernten Galaxie ausgesandt wird, in unsere Richtung, wird sich jedoch aufgrund der Ausdehnung zunächst von uns entfernen. Durch die Reise zu uns wird diese Expansionsrate jedoch immer kleiner (da die Expansionsrate mit der Entfernung von uns zunimmt), und nach einer gewissen Zeit ist sie so weit gereist, dass sie die Expansion überwunden hat und beginnt, ihre Entfernung von uns und zu verringern Erreichen Sie uns schließlich nach 100 Gyr oder so.

• "Ich vermute, das Licht selbst ist vielleicht nicht wirklich 'alt', aber es ist wahrscheinlich offensichtlich, was ich hier frage, anders ausgedrückt: Wie weit ist die größte Entfernung, die das jetzt ausgestrahlte sichtbare Licht der Erde zurückgelegt hat , um die Erde zu erreichen? Obwohl diese Reformation der Frage wird irgendwie mit Linseneffekten verwickelt? "

Ja, das ist eine ganz andere Frage ...

Siehe eine der frühesten Veröffentlichungen: " Expanding Confusion: Häufige Missverständnisse kosmologischer Horizonte und die superluminale Expansion des Universums " von Davis und Lineweaver (2003).

Neuere Werke:

" Die gemeinsame kausale Vergangenheit und Zukunft kosmologischer Ereignisse ", von Friedman, Kaiser und Gallicchio (2013).

" Schlussfolgerung: ... Während angenommen wird, dass die beobachtbaren räumlichen Dichten von Galaxien, Clustern und damit Quasaren Korrelationen widerspiegeln, die während der Inflation entstanden sind, bleibt die Frage offen, ob Ereignisse in der Inflationszeit an bestimmten Gegenden - an denen später Quasar-Wirtsgalaxien entstanden - eintreten. könnte ein beobachtbares Korrelationssignal zwischen Paaren möglicher Quasaremissionsereignisse an denselben benachbarten Orten Milliarden von Jahren nach dem Einprägen der Inflationsdichtestörungen ergeben.

Abschließend stellen wir fest, dass alle unsere Schlussfolgerungen auf der Annahme beruhen, dass die Expansionsgeschichte unseres beobachtbaren Universums zumindest seit dem Ende der Inflation durch die kanonische allgemeine Relativitätstheorie und eine einfach verbundene, nicht kompakte FLRW genau beschrieben werden kann metrisch. Diese Annahmen stimmen mit der jüngsten empirischen Suche nach einer nicht trivialen Topologie überein, bei der keine beobachtbaren Signale einer kompakten Topologie für fundamentale Domänen bis zur Größe der Oberfläche der letzten Streuung gefunden wurden.

$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$$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$$R_{0τ0}/c = 46.20$$a(τ)$$t$

Siehe auch: " Kausale Horizonte in einem springenden Universum " von Bhattacharya, Bari und Chakraborty (2017):

" Fazit: Die vorliegende Arbeit zeigt , dass die Kausalität Problem in Universum Prellen untrennbar mit einem Verständnis für die verschiedenen Phasen des Universums während der Kontraktionsphase zusammenhängt Als unser Verständnis der Kontraktionsphase rein spekulativ ist die Modelle , die wir auf Figur derzeit verwenden. Die gegenwärtigen Autoren sind der Ansicht, dass das Kausalitätsproblem in den Modellen des springenden Universums zwar noch lange nicht gelöst ist, der vorliegende Artikel jedoch die qualitativen und quantitativen Schwierigkeiten aufzeigt, die in Zukunft umgangen werden müssen, um aussagekräftigere Ergebnisse zu erzielen ".

Kurze Antwort: Es sind 46,9B Lichtjahre . Eine andere Wikipedia-Seite sagt: 46.6B Lichtjahre . Die obigen Experten berechnen 46,2.

In diesem CNN-Artikel vom 2. April 2018 heißt es:

Wissenschaftler entdecken 'Fingerabdruck' des allerersten Lichts im Universum "

Nach dem Urknall glauben Physiker, dass es im Universum etwa 180 Millionen Jahre lang nur Dunkelheit gab, eine Periode, die von Wissenschaftlern als kosmisches „dunkles Zeitalter“ bezeichnet wird.

Ich denke, Ihre Antwort könnte sein, dass Urknall + 180 Millionen Jahre das älteste Licht sind, das wir sehen können.