Шкала відстаней у Всесвіті

Через те,що Всесвіт розширюється, питання визначення відстаней до далеких галактик є вкрай складним. Все залежить від вашої точки зору.

Визначення відстаней у Всесвіті,що розширюється,становить значну проблему. Спробуємо пояснити чому  за допомогою наступного прикладу. Відстань між двома галактиками є відносно невеликою,коли вік Всесвіту становить 1 мільярд років. Перша галактика випромінює імпульс світла. Друга галактика отримає цей імпульс лише тоді,коли вік Всесвіту становитиме  14 мільярдів років. На цей час галактики відокремлюватиме відстань близько 26 мільярдів світлових років; імпульс світла подорожував простором 13 мільярдів років; а люди у другій галактиці  побачать першу галактику такою,якою та була у віці 1 мільярд років і знаходилась на відстані у 2 мільярди років від першої галактики.

Шкала відстаней у Всесвіті

(1) Фотометрична шкала DL

У Всесвіті що розширюється далекі галактики виглядатимуть значно тьмянішими,ніж цього можна було б очікувати через те,що фотони розлітаються і поширюються на велику площу. Тому для спостереження далеких галактик є потреба у великих телескопах. Найбільш далекі галактики,які може спостерігати космічний телескоп «Габбл»,виглядають настільки слабкими,що може здатись, ніби вони знаходяться на відстані у 350 мільярдів світлових років. Хоча,звичайно,такі галактики розташовані значно ближче.

 

 

Фотометрична шкала не дає реального уявлення про відстані,але вона корисна для визначення того,наскільки тьмяними будуть нам здаватись найвіддаленіші галактики.

(2) Шкала кутових діаметрів DA

У  розширному Всесвіті ми бачимо галактики,які знаходяться на межі спостережуваного всесвіту такими,якими вони були у молодому віці 14 мільярдів років тому через те,що світло потребує 14 мільярдів років,щоб подолати відстань між нами. Проте,галактики у той час були не тільки молодші,але й значно ближчі до нас.

 

 

Найслабші галактики,які є можливим спостерігати за допомогою космічного телескопа «Габбл»,у той час знаходились лише за декілька мільярдів років від нас. Це означає,що дуже далекі галактики здаються значно більшими,ніж можна було б очікувати,ніби вони знаходяться на відстані 2-3 мільярди світлових років від нас ( хоча вони також дуже-дуже  тьмяні ).

 

 

Шкала кутових діаметрів є гарним показником того,наскільки близькою до нас була галактика,що випустила світло,яке ми бачимо у наші дні.

(3) Шкала супутніх відстаней DC

Це шкала відстаней,що розширюється разом зі Всесвітом. Вона показує нам як далеко галактики знаходяться на даний час,не зважаючи на те,що ми спостерігаємо далекий космос таким,яким він був у значно молодший період. Згідно цієї шкали відстань до найглибших околиць Всесвіту становить близько 47 мільярдів років. Хоча найбільш віддалені галактики на межі можливостей космічного телескопа «Габбл» знаходитимуться на відстані 32 мільярди світлових років від нас.

 

 

Шкала супутніх відстаней протилежна за характером до шкали кутових діаметрів,вона говорить нам де галактики знаходяться зараз,а не де вони були,коли випромінювали світло,яке ми бачимо у наш час.

(4) Шкала часу поширення світла DT

Ця шкала надає інформацію про час,якого потребує світло,щоб подолати шлях від далеких галактик до нас. Це саме те,що мається на увазі,коли говорять,що Всесвіт,який ми спостерігаємо,має радіус 14 мільярдів світлових років. Це лише констатування того,що вік Всесвіту – 14 мільярдів років, і світлу від більш далеких джерел іще не вистачило часу,щоб дістатись до нас.

 

 

 

Шкала часу поширення світла є як мірою часу,так і мірою відстані. Вона корисна переважно тим,що дає нам уявлення про вік тих галактик,які ми бачимо в теперішній час.

Для невеликих відстаней(менше ніж 2 мільярди світлових років) усі чотири шкали збігаються і дають однакові значення,тож в локальній частині Всесвіту навколо нас значно простіше визначити відстані до галактик.

Нижче – усі чотири шкали відстаней зображені відносно червоного зсуву. Червоний зсув – це зсув спектральних ліній у червону (довгохвильову) частину спектра,спричинений розширенням Всесвіту. Галактики з великим червоним зсувом є більш віддаленими,ніж галактики з меншим червоним зсувом. Для найбільш далеких галактик,які здатен побачити космічний телескоп «Габбл» червоний зсув дорівнює 10,тоді як для найбільш віддалених протогалактик він може сягати 15. Найвіддаленіші ділянки видимого всесвіту,мають червоний зсув,що прямує до нескінченності. У типовий аматорський телескоп,для порівняння,неможливо побачити об’єкти із червоним зсувом більшим,ніж 0.1 (близько 1.3 мільярди світлових років).

Фотометрична шкала DL пояснює,чому віддалені галактики так важко побачити – дуже молода і далека галактика із червоним зсувом близько 15 видається розташованою на відстані 560 мільярдів світлових років від нас,хоча згідно шкали кутових діаметрів DA відстань повинна дорівнювати 2.2 мільярдам світлових років на той час,коли ця галактика  випромінювала світло,яке ми бачимо зараз. Шкала часу поширення світла DT говорить нам,що фотони подолали відстань від цієї галактики до нас за 13.6 мільярдів років. Шкала супутніх відстаней DC свідчить,що та сама галактика сьогодні,якби ми могли побачити її,була б розташована на відстані у 35 мільярдів світлових років від нас.