Quanti anni ha la luce più antica visibile dalla Terra?

Poiché la luce può viaggiare solo così velocemente, tutta la luce che vediamo nel cielo è stata emessa in un momento precedente nel tempo. Quindi se ad esempio vediamo una supernova o qualche altro grande evento stellare, quando lo vediamo, forse è passato molto tempo. Questo mi ha reso un po 'curioso, qual è la luce più antica che possiamo vedere dalla terra?

Si suppone che l'universo abbia ~ 13 + miliardi di anni, ma probabilmente non siamo ai margini dell'universo conosciuto, quindi tutta la luce che vediamo ha probabilmente meno di 13 miliardi di anni. Qual è la luce più antica che possiamo vedere? e come domanda di follow-up opzionale come facciamo a sapere l'età di quella luce?

Immagino che la luce stessa potrebbe non essere letteralmente "vecchia", ma è probabilmente ovvio quello che sto chiedendo qui, mettere in un altro modo: qual è la distanza più lunga che ora la luce visibile della terra ha percorso per raggiungere la terra? Anche se quella riforma della domanda si intromette in qualche modo con effetti di riflesso.

La luce più antica dell'universo è lo sfondo cosmico a microonde . Circa 380.000 anni dopo il Big Bang, i protoni e gli elettroni "ricombinarono" ¹ in atomi di idrogeno. Prima di ciò, tutti i fotoni si disperdevano dagli elettroni liberi nello spazio di riempimento del plasma e l'universo era essenzialmente opaco alla luce. Una volta avvenuta la ricombinazione, tuttavia, i fotoni erano in grado di "disaccoppiarsi" dagli elettroni e muoversi attraverso lo spazio senza ostacoli. Questa radiazione di reliquia è ancora osservabile oggi; è stato spostato e raffreddato in rosso.

Siamo in grado di rilevare la luce da oggetti molto distanti, e abbiamo. Ha più senso parlare di distanza in termini di spostamento verso il rosso ; più grande è il redshift, più lontano è un oggetto. Ci sono un numero di oggetti estremamente alti con redshift, alcuni dei quali hanno avuto le loro misurazioni confermate e altri no. I candidati includono

• MACS0647-JD (redshift $z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$ ), una galassia molto distante.
• UDFj-39546284 (spostamento rosso da $z=10$ a $z=12$ ), un'altra galassia o protogalassia (anche se la sua distanza è incerta e la sua natura esatta è contestata).
• GN-z11 (redshift $z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$ ), una galassia distante molto luminosa.

Tutti questi oggetti si sarebbero formati alcune centinaia di milioni di anni dopo il Big Bang, quindi la luce che vediamo da loro è molto più "giovane" di quella del fondo cosmico a microonde.

^{1 Non mi è mai piaciuto l'utilizzo in questo contesto, poiché era la prima volta che combinavano; il "re" è in qualche modo fuorviante.}

Qual è la luce più antica che possiamo vedere?

Il fondo cosmico a microonde è considerato la più antica radiazione EM rilevabile per noi. È nello spettro delle microonde, quindi non può essere visto ad occhio nudo ma è raccolto dai "radiotelescopi". La chiamiamo "luce" in senso lato.

Un aspetto notevole di questa radiazione di fondo è la sua quasi uniformità in tutte le direzioni. Gli astronomi ritengono che l'uniformità sia troppo forte perché la fonte sia davvero una cosa grande come un enorme pallone ... ma sarebbe così se fosse effettivamente tutto così lontano come sembra.

Se fosse davvero grande come sembra, ci vorrebbe il doppio dell'età dell'universo per essere influenzato dall'altra parte! Invece, gli astronomi credono che ciò che vediamo fosse un corpo molto piccolo, che è diventato più grande; ecco perché sembra lo stesso in ogni direzione. Parte della crescita si chiama espansione metrica dello spazio e ha un significato diverso dalla crescita ordinaria.

Come facciamo a sapere l'età di quella luce?

L'età della luce cosmica di fondo può essere determinata solo indirettamente , prima sapendo da quanto tempo è accaduto il Big Bang, quindi immaginando quando la luce è stata emessa nel corso del Big Bang.

Confrontando la velocità con cui tutto sembra diventare più grande con quanto grande sembra tutto, allo stesso modo in cui potresti stimare quanto tempo ci vorrebbe per guidare verso un luogo data la velocità della strada e la distanza, calcoliamo la costante di Hubble . Questo ci aiuta a calcolare da quanto tempo è successo il Big Bang.

Inoltre, ci sono alcune "onde sonore" ( oscillazioni acustiche barioniche ) in cui vediamo cose vecchie, incluso lo sfondo cosmico a microonde, che diventano più luminose e si attenuano con un ritmo, come il pendolo di un orologio. Possono essere misurati da sinistra a destra (per spostare oggetti) o monitorando un video (per oggetti fissi). Misurare questi ritmi e confrontarli con la costante di Hubble aiuta anche a calcolare da quanto tempo è accaduto il Big Bang.

Infine, lo sfondo a microonde ha qualità fisiche (come temperatura e densità) che ci consentono di determinare quando è stato emesso durante l'espansione e il raffreddamento del Big Bang. Insieme, usando tutti questi calcoli, è come si calcola l'età della luce cosmica di fondo a microonde.

Gli astronomi ritengono che questo calcolo combinato (chiamato "LCDM", "Lambda-CDM" o "Big Bang Cosmology") sia molto buono perché i diversi numeri si allineano, per la maggior parte * . Sono stati lieti di riferire altri risultati positivi fino al 2018, quando è terminato uno studio chiamato Dark Energy Survey. Tuttavia, poiché LCDM include alcuni presupposti che potrebbero non essere mai convalidati e poiché vi sono ancora alcune discrepanze inspiegabili, non sappiamo se un altro tipo di calcolo sarebbe migliore, purché si adatti ancora alle misurazioni.

Come facciamo a sapere che questa è la luce più antica?

È solo pensando alle qualità fisiche del fondo cosmico a microonde e pensando a quando durante il Big Bang deve aver emesso la sua luce, gli astronomi l'hanno identificata come la luce più antica possibile nell'universo, più antica di qualsiasi stella o galassia. Non ci dice quanti anni ha da solo; in effetti, gli astronomi si assicurano sempre che non sia in realtà solo uno strato di polvere sul telescopio!

Quanto dista lo sfondo cosmico delle microonde?

Questa è una domanda davvero difficile a cui rispondere. Secondo il Big Bang Cosmology, lo sfondo cosmico a microonde non era "da qualche parte", ma era ovunque. E la distanza percorsa dal Big Bang è diversa dal tempo moltiplicato per la velocità della luce, a causa dell'espansione metrica dello spazio. Questo è il risultato della contrazione relativistica della lunghezza dovuta alla velocità con cui tutto si muove.

L'universo osservabile è più giovane dell'universo maggiore, supponendo che esista?

Il calcolo della quantità di tempo dal Big Bang a ora dà lo stesso risultato se si considera il nostro universo osservabile o il più grande universo che può esistere. Ecco perché l'età del "nostro" universo è uguale all'età del "universo".

* Alcuni studi differenti per determinare la costante di Hubble hanno fatto mettere in pausa i cosmologi ( collegamento 1 , collegamento 2 ); a seconda di quale parte dell'universo guardi, potrebbe essere vicino a 67 o potrebbe essere più vicino a 73 nelle unità standard.

Gli scienziati hanno scoperto una galassia, chiamata GN-z11 (già menzionata da HDE 226868 ), che esisteva appena 400 milioni di anni dopo il Big Bang, o circa 13,3 miliardi di anni fa:

La galassia più lontana colpisce ancora il record della distanza cosmica

La scoperta di una stella di 10 miliardi di anni è stata annunciata proprio la scorsa settimana:

Hubble osserva la stella più lontana mai vista

Ecco un elenco di oggetti astronomici distanti su Wikipedia .

Hai fatto due domande usando la semantica:

• "Quanti anni ha la luce più antica visibile dalla Terra?"

Dalla risposta di @Pela a: Perché c'è una differenza tra l'orizzonte degli eventi cosmici e l'età dell'universo? - Quindi tra ~ 100 milioni di anni la luce più lontana ci raggiungerà, da oltre 116 milioni di anni luce di distanza.

Il 16 Gly che la distanza dall'orizzonte degli eventi è oggi è una specie di coincidenza. Non ha nulla a che fare con l'età dell'Universo. Dipende solo dalla futura espansione dell'Universo, che a sua volta dipende dalle densità dei componenti dell'Universo (Ωb, ΩDM, ΩΛ, ecc.). Se l'Universo fosse dominato dalla materia (o radiazione), allora non ci sarebbe alcun orizzonte degli eventi: nessuna galassia, mai così lontana non ci sarebbe visibile, se solo avessimo la pazienza di aspettare. Una galassia è a 10.000 miliardi di anni luce di distanza? Aspetta abbastanza a lungo (esattamente quanto tempo dipende dalla densità effettiva).

Tuttavia, il nostro Universo sembra essere dominato dall'energia oscura, che accelera l'espansione senza confini. Questo purtroppo significa che la luce che parte oggi da una galassia a 17 Gly di distanza sarà portata via dall'espansione più velocemente di quanto possa viaggiare verso di noi. Al contrario, la luce emessa oggi da una galassia a 15 Gly di distanza viaggerà nella nostra direzione, ma inizialmente si allontanerà da noi a causa dell'espansione. Tuttavia, il suo viaggio verso di noi rende questo tasso di espansione sempre più piccolo (poiché il tasso di espansione aumenta con la distanza da noi), e dopo un periodo di tempo avrà viaggiato così tanto che ha superato l'espansione e inizia a ridurne la distanza e alla fine ci raggiungono dopo circa 100 Gyr.

• "Immagino che la luce stessa potrebbe non essere letteralmente" vecchia ", ma è probabilmente ovvio quello che sto chiedendo qui, mettere in un altro modo: qual è la distanza più lunga che ora la luce visibile della terra ha percorso per raggiungere la terra? Anche se quella riforma della domanda diventa un po 'aggrovigliata con effetti di lente? "

Sì, questa è una domanda completamente diversa ...

Guarda uno dei primi articoli: " Confusione crescente: idee sbagliate comuni sugli orizzonti cosmologici e l'espansione superluminale dell'universo " di Davis e Lineweaver (2003).

Opere più recenti:

" The Shared Causal Pasts and Futures of Cosmological Events ", di Friedman, Kaiser e Gallicchio (2013).

" Conclusione: ... Mentre si pensa che la densità spaziale osservabile di galassie, ammassi e quindi quasar rifletta le correlazioni stabilite durante l'inflazione, rimane una domanda aperta se eventi dell'era inflazionistica in specifici luoghi comoventi - dove successivamente si formarono le galassie ospitanti quasar - potrebbe produrre un segnale di correlazione osservabile tra coppie di eventuali eventi di emissione di quasar in quegli stessi luoghi comovanti miliardi di anni dopo l'impressione delle perturbazioni della densità inflazionistica.

In conclusione, notiamo che tutte le nostre conclusioni si basano sul presupposto che la storia di espansione del nostro universo osservabile, almeno dalla fine dell'inflazione, possa essere accuratamente descritta dalla relatività generale canonica e da un FLRW semplicemente connesso, non compatto metrica. Queste ipotesi sono coerenti con l'ultima ricerca empirica di topologia non banale, che non ha trovato segnali osservabili di topologia compatta per domini fondamentali fino alla dimensione della superficie dell'ultimo scattering.

$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$

Vedi anche: " Orizzonti causali in un universo che rimbalza ", di Bhattacharya, Bari e Chakraborty (2017):

" Conclusione: il presente lavoro mostra che il problema di causalità nell'universo che rimbalza è intrinsecamente correlato alla comprensione delle varie fasi dell'universo durante la fase di contrazione. Poiché la nostra comprensione della fase di contrazione è puramente speculativa, al momento i modelli che usiamo per capire la natura dell'orizzonte delle particelle rimane semplicistica. Gli autori attuali ritengono che sebbene il problema di causalità nel rimbalzare i modelli dell'universo sia lungi dall'essere risolto, il presente articolo mostra le difficoltà qualitative e quantitative che si devono aggirare in futuro per produrre risultati più significativi . ".

Risposta breve: sono 46,9 miliardi di anni luce . Un'altra pagina di Wikipedia dice: 46.6B anni luce . Gli esperti sopra calcolano 46.2.

Questo articolo della CNN del 2 aprile 2018 afferma:

Gli scienziati rilevano "l'impronta digitale" della prima luce nell'universo "

Dopo il Big Bang, i fisici credono che ci sia stata oscurità nell'universo per circa 180 milioni di anni, un periodo noto agli scienziati come "secoli oscuri" cosmici.

Quindi penso che la tua risposta potrebbe essere che Big Bang + 180 milioni di anni è la luce più antica che possiamo vedere.