Universul observabil este o regiune sferică a universului care cuprinde toată materia care poate fi observată de pe Pământ sau de către telescoapele spațiale și sondele de explorare. Există cel puțin 2 trilioane de galaxii în universul observabil. Presupunând că universul este izotrop (uniform în orice direcție), distanța până la marginea universului observabil este aproximativ aceeași în toate direcțiile. Adică universul observabil are un volum sferic centrat pe observator. Fiecare loc din univers are propriul său univers observabil, care se poate suprapune sau nu cu cel centrat pe Pământ.
Cuvântul observabil nu se referă la capacitatea tehnologiei moderne de a detecta lumina sau alte informații de la un obiect. Se referă la limita fizică creată de viteza luminii în sine. Deoarece nici un semnal nu poate călători mai repede decât lumina, orice obiect mai departe de noi decât lumina ar putea călători în vârsta universului (estimată în jurul a 13,799 ± 0,021 miliarde de ani) pur și simplu nu poate fi detectat, deoarece semnalul n-a ajuns la noi încă. Uneori, astrofizicienii disting între universul vizibil, care include numai semnale emise de la recombinare (când s-au format atomi de hidrogen din protoni, electroni și fotoni) — și universul observabil, care include semnale de la începutul expansiunii cosmologice (Big Bang în cosmologia fizică tradițională, sfârșitul epocii inflaționiste în cosmologia modernă).
Conform calculelor, distanța comobilă actuală — distanța dintre două obiecte astronomice făcând abstracție de expansiunea universului, adică folosind o unitate de lungime după expansiunea universului — până la particule din care este formată radiația cosmică de fond, adică raza universului vizibil, este de aproximativ 14 miliarde de parseci (aproximativ 45,7 miliarde de ani-lumină), în timp ce distanța comobilă până la marginea universului observabil este de aproximativ 14,3 miliarde parseci (aproximativ 46,6 miliarde de ani-lumină), cu aproximativ 2% mai mare. De aceea, raza universului observabil este estimată a fi de aproximativ 46,5 miliarde de ani luminăFrequently Asked Questions in Cosmology. Astro.ucla.edu. Retrieved on 2011-05-01. și un diametru de aproximativ 28,5 giga parseci (93 miliarde de ani-lumină), ceea ce este egal cu 880 yottametri. Masa totală a materiei obișnuite din univers poate fi calculată folosind densitatea critică și diametrul universului observabil la aproximativ 1,5 × 1053 kg.See the "Mass of ordinary matter" section in this article. În noiembrie 2018, astronomii au raportat că lumina de fundal extragalactică se ridica la 4 × 1084 fotoni.
Pe măsură ce expansiunea universului se accelerează, toate obiectele observabile în prezent vor părea să înghețe în timp, pe măsură ce emit progresiv lumină roșie și mai slabă. De exemplu, obiectele cu deplasare spre roșu actuală z de la 5 la 10 vor rămâne observabile nu mai mult de 4-6 miliarde de ani. În plus, lumina emisă de obiecte aflate în prezent peste o anumită distanță comobilă (în prezent aproximativ 19 miliarde de parseci) nu va ajunge niciodată pe Pământ.
Universul versus universul observabil
Mărimea întregului univers este necunoscută și ar putea fi infinită ca întindere. Unele părți ale universului sunt prea departe pentru ca lumina emisă de la Big Bang să aibă suficient timp pentru a ajunge la Pământ și, prin urmare, se află în afara universului observabil. În viitor, lumina din galaxiile îndepărtate va avea mai mult timp să călătorească, astfel încât regiuni suplimentare vor deveni observabile.
Datorită legii lui Hubble, regiunile suficient de îndepărtate de Pământ se extind îndepărtându-se de Terra mai repede decât viteza luminii (relativitatea restrânsă împiedică obiectele din apropierea unei regiuni locale să se miște mai repede decât viteza luminii unul față de celălalt, dar nu există o astfel de constrângere pentru obiectele îndepărtate atunci când spațiul dintre ele se extinde) și, în plus, rata de expansiune pare să fie accelerată din cauza energiei întunecate.
Presupunând că energia întunecată rămâne constantă (o constantă cosmologică neschimbată), astfel încât rata de expansiune a universului continuă să accelereze, există o „limită de vizibilitate viitoare” dincolo de care obiectele nu vor intra niciodată în universul nostru observabil în nici un moment în viitorul infinit, deoarece lumina emisă de obiecte în afara acestei limite nu ar putea ajunge niciodată pe Pământ. (O subtilitate este că, deoarece parametrul Hubble scade odată cu trecerea timpului, pot exista cazuri în care o galaxie care se depărtează de Pământ puțin mai repede decât lumina emite un semnal care ajunge în cele din urmă pe Pământ.Is the universe expanding faster than the speed of light? (see the last two paragraphs))
Această limită de vizibilitate viitoare este calculată la o distanță comobilă de 19 miliarde de parseci (62 de miliarde de ani-lumină), presupunând că universul va continua să se extindă pentru totdeauna, ceea ce implică că numărul de galaxii pe care le putem observa teoretic în viitorul infinit (lăsând deoparte problema că unele ar putea fi imposibil de observat în practică datorită deplasării spre roșu) este mai mare decât numărul observabil în prezent cu un factor de 2,36.The comoving distance of the future visibility limit is calculated on p. 8 of Gott et al.'s A Map of the Universe to be 4.50 times the Hubble radius, given as 4.220 billion parsecs (13.76 billion light-years), whereas the current comoving radius of the observable universe is calculated on p. 7 to be 3.38 times the Hubble radius. The number of galaxies in a sphere of a given comoving radius is proportional to the cube of the radius, so as shown on p. 8 the ratio between the number of galaxies observable in the future visibility limit to the number of galaxies observable today would be (4.50/3.38)3 = 2.36.
Deși, în principiu, mai multe galaxii vor deveni observabile în viitor, în practică, un număr din ce în ce mai mare de galaxii se vor deplasa spre roșu din cauza expansiunii continue; atât de multe încât vor părea să dispară din vedere și să devină invizibile.Using Tiny Particles To Answer Giant Questions. Science Friday, 3 Apr 2009. According to the transcript, Brian Greene makes the comment "And actually, in the far future, everything we now see, except for our local galaxy and a region of galaxies will have disappeared. The entire universe will disappear before our very eyes, and it's one of my arguments for actually funding cosmology. We've got to do it while we have a chance."See also Faster than light#Universal expansion and Future of an expanding universe#Galaxies outside the Local Supercluster are no longer detectable. Distanța de Pământ a orizontului de evenimente cosmice se schimbă în timp. De exemplu, distanța actuală până la acest orizont este de aproximativ 16 miliarde de ani-lumină, ceea ce înseamnă că un semnal de la un eveniment care se întâmplă în prezent poate ajunge în cele din urmă pe Pământ în viitor dacă evenimentul este la mai puțin de 16 miliarde de ani-lumină distanță, dar semnalul nu va ajunge niciodată pe Pământ dacă evenimentul se află la mai mult de 16 miliarde de ani-lumină distanță.
Nu există dovezi care să sugereze că granița universului observabil constituie o graniță a universului în ansamblu și nici unul dintre modelele cosmologice principale nu propune că universul are vreo graniță fizică în primul rând, deși unele modele propun că ar putea fi finit, dar nelimitat,This does not mean "unbounded" in the mathematical sense; a finite universe would have an upper bound on the distance between two points. Rather, it means that there is no boundary past which there is nothing. See geodesic manifold. ca un analog cu dimensiuni superioare ale suprafeței 2D a unei sfere care are o zonă finită, dar nu are margine.
Este plauzibil ca galaxiile din universul nostru observabil să reprezinte doar o fracțiune minusculă din totalitatea galaxiile din Univers. Conform teoriei inflației cosmice introdusă inițial de fondatorii săi, Alan Guth și D. Kazanas, dacă se presupune că inflația a început la aproximativ 10−37 secunde după Big Bang, dimensiunea întregului univers este de cel puțin 3×1023 (1,5×1034 ani-lumină) ori mai mare decât universul observabil. Presupunearea plauzibilă în acest calcul este că dimensiunea universul înainte de apariția inflației a fost aproximativ egal cu viteza luminii × vârsta sa.
Dacă universul este finit, dar nemărginit, este de asemenea posibil ca universul să fie mai mic decât universul observabil. În acest caz, ceea ce considerăm a fi galaxii foarte îndepărtate pot fi de fapt imagini duplicate ale galaxiilor din apropiere, formate din lumina care a înconjurat universul. Este dificil să testăm experimental această ipoteză deoarece diferite imagini ale unei galaxii ar prezenta epoci diferite în istoria sa și, în consecință, ar putea să pară destul de diferite.
Dimensiune
Distanța comobilă de la Pământ până la marginea universului observabil este de aproximativ 14,26 giga parseci (46,5 miliarde de ani-lumină sau 4,40 × 1026 metri) în orice direcție. Universul observabil este astfel o sferă cu un diametru de aproximativ 28,5 giga parseci (93 de miliarde de ani-lumină sau 8,8 × 1026 metri). Presupunând că spațiul este aproximativ plat (în sensul de a fi un spațiu euclidian), această dimensiune corespunde unui volum comobil de aproximativ 1,22 × 104 Gpc3 (4,22 × 105 Giga ani-lumină3 sau 3,57 × 1080 m3).
Cifrele citate mai sus sunt distanțe de acum, nu distanțe la momentul emiterii luminii. De exemplu, radiația cosmică de fond pe care o vedem acum a fost emisă la momentul decuplarii fotonilor, estimată că a avut loc la aproximativ 380.000 de ani de la Big Bang, (see p. 39 for a table of best estimates for various cosmological parameters) care a avut loc în urmă cu aproximativ 13,8 miliarde de ani. Această radiație a fost emisă de materia care s-a condensat în cea mai mare parte în galaxii, iar acele galaxii sunt acum calculate la aproximativ 46 de miliarde de ani-lumină de noi. În conformitate cu metrica Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker, dacă în prezent primim lumină cu o deplasare spre roșu z, atunci factorul de scară în momentul în care lumina a fost emisă inițial este dat de:
.
Rezultatele WMAP pe durata a nouă ani, combinate cu alte măsurători, dau deplasarea spre roșu a fotonilor declupați ca z = , ceea ce implică faptul că factorul de scară în momentul decuplării fotonilor ar fi 1/1092,64. Deci, dacă materia care a emis inițial cei mai vechi fotoni de microunde cosmici (CMBR) are o distanță actuală de 46 de miliarde de ani-lumină, atunci în momentul decuplarii când fotonii au fost emiți inițial, distanța ar fi fost de aproximativ 42 de milioane de ani-lumină.
Concepții greșite cu privire la dimensiunea universului observabil
Multe surse secundare au raportat o mare varietate de cifre incorecte pentru dimensiunea universului vizibil. Unele dintre aceste cifre sunt enumerate mai jos, cu scurte descrieri ale posibilelor motive pentru aceste concepții greșite.
13,8 miliarde ani-lumină Vârsta universului este estimată la 13,8 miliarde de ani. Deși se înțelege în mod obișnuit că nimic nu poate accelera la viteze egale sau mai mari decât cea a luminii, este o concepție greșită obișnuită faptul că raza universului observabil trebuie să se ridice la cel mult 13,8 miliarde de ani-lumină. Acest raționament ar avea sens numai dacă concepția plană, statică a spațiu-timp Minkowski, sub relativitate restrânsă, ar fi corectă. În universul real, spațiu-timp este curbat într-un mod care să corespundă extinderii spațiului, așa cum demonstrează legea lui Hubble. Distanțele obținute ca viteza luminii înmulțite cu un interval cosmologic de timp nu au o semnificație fizică directă.Ned Wright, "Why the Light Travel Time Distance should not be used in Press Releases".
15,8 miliarde ani-lumină