우주 팽창으로 인해 시야에서 떨어진 은하계가 있습니까?

가장 먼 은하가 가속으로 빛의 속도를 초과하여 멀어지면 시간이 지남에 따라 하늘에서 사라질 것으로 예상됩니다. 우리는 이것을 관찰 했습니까? 다음 은하와 제거 시간을 표시 할 수 있습니까?

제 질문은 빛의 속도보다 큰 속도뿐만 아니라 모든 속도 범위에서 움직이는 은하에 관한 것입니다.

이 YouTube 비디오는 은하가 멀리 떨어져 있어도 왜 보이게되는지 보여줍니다. youtube.com/watch?v=gzLM6ltw3l0 (6 분 50 초 앞으로 빨리 가서 약 8 분 50 초까지 지켜보십시오.) 9 분이 지난 후 계속 시청하면 은하계가 결코 멀지 않아야한다고 말할 것입니다. 우주는 빛보다 빠르게 팽창하기 때문에 우리에게 보여집니다.

— RichS

@pela 물론 정의의 문제이지만 여기서는 동의하지 않습니다. 아래 내 의견에서 언급했듯이 은하계는 항상 우리의 사건 지평을 떠납니다. 어떤 의미에서, 그 되어 관찰 우주를 떠나.

— Thriveth

@Thriveth : 다른 의견 아래에있는 의견을보십시오.

— pela

사실은 그 반대입니다.

(직관적 인 설명은 마지막 단락을 참조하십시오.)

빛의 속도보다 빠르게 후퇴하는 은하가 우리에게 보이지 않는 것은 일반적인 오해입니다. 그렇지 않다; 우리는 은하가 초강도 속도로 움직이는 것을 쉽게 볼 수 있습니다. 이것은 대부분의 사람들이 생각하는 것처럼 상대성 이론과 모순되지 않으며, 보다 빠른 공간을 통과 하는 것은 아무것도 없다고 말합니다 . 은하계는 우주를 통과 하지 못합니다 ( 100-1000 km / s의 작은 속도 제외 ). 오히려 우주 자체가 확장되어 은하 사이의 거리가 증가합니다. $c$

우리는 "초강력"은하를 본다

은하 의 후퇴 속도 는 허블의 법칙에 의해 주어진다 : $v_\mathrm{rec}$ 여기서

v_{r e c} = H_{0} d,

$v_\mathrm{rec} = H_0 \, d,$

허블 상수 (것이다. 플랑크 협업 등 2016). 이 법은보다 먼 은하계를 암시합니다 는보다 빠릅니다. 여기에서 첨자 "HS"는 은하가보다 느리게 사라지는 라그온을 "허블 구체"라고하기 때문에 선택됩니다. 거리에있는 객체는의 적색 편이를.

H_{0} ≃ 67.8 k m s^{- 1} {M p c}^{- 1}

$H_0 \simeq 67.8\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}\,\mathrm{Mpc}^{-1}$

r_{H S} \equiv \frac{c}{H_{0}} ≃ 4400 M p c ≃ 14.4 G l y (" G i g a - l i g h t y e a r s ")

$r_\mathrm{HS} \equiv \frac{c}{H_0} \simeq 4400\,\mathrm{Mpc} \simeq 14.4 \, \mathrm{Gly}\,\,\mathrm{("\!\!Giga\mbox{-}lightyears\!\!")}$

c

$c$

c

$c$

r_{H S}

$r_\mathrm{HS}$

z ≃ 1.6

$z\simeq1.6$

과거에 은하수 (MW) 방향으로 먼 은하에서 방출 된 광자 (즉, 적색 편이 에서 GN-z11 )를 고려하십시오. 특별한 상대성이 알려주는 것은 로컬 에서 광자는 항상 에서 공간을 통과 한다는 것입니다 . 초기에, 광자는 따라서 속도 에서 GN-z11로부터의 거리를 증가시킨다 . 그러나 광자가 우리를 향하여 이동하더라도 우주의 확장으로 인해 MW까지의 거리가 증가 합니다. 광자가 GN-z11까지의 거리를 늘리면 동일한 팽창으로 인해 GN-z11에서 점점 증가하는 속도로 멀어집니다. 또한, MW를 향하여 이동할 때, 팽창이 서서히 이어 져서 $z=11.1$ $v=c$ $c$ $v_\mathrm{rec} = c$ . 무한히 작은 기간 동안, 그것은 서있을 것입니다. MW는 MW에서 측정 한대로 더 빠르고 빠르게 이동하기 시작합니다. 결국, 여전히 MW의 기준 프레임에있는 속도는 에 도달 할 것이며,이 시점에서 MW에 도달 할 것입니다. $c$

따라서 GN-z11과 MW가 에서 서로 멀어 지 더라도 여전히 볼 수 있습니다. 더 반 직관적 인 것은 아마도 GN-z11이 오늘날 우리가 보는 빛을 방출 할 때 에서 훨씬 더 빨리 후퇴한다는 것 입니다. $v_\mathrm{rec} = 2.2c$ $v_\mathrm{rec} \sim 4c$

우리는 점점 더 먼 은하를 본다

그러나 우주가 창조 된 이래로 빛이 이동하는 시간 의해 우리에게 보이는 은하가 얼마나 빨리 사라질 수 있는가에는 한계가 있습니다 . 빛은 모든 방향에서 우리에게옵니다. 그래서 우리는 반지름 의 구 중심에 위치합니다 . 이 구체를 "관찰 가능한 우주"라고하며, 그 표면 (물리적 인 것은 아님)을 입자 수평선 (따라서 아래 첨자 "PH")이라고합니다. 입자 지평에서의 은하계는 에서 멀어지고 있습니다. $r_\mathrm{PH}$ $r_\mathrm{PH}$ $v_\mathrm{rec}\simeq3.3c$

시간이 점점 더 먼 은하에서 빛에 의해에도 있듯이 우리가 도달 할 것이다; 즉 증가합니다. 다시 말해서, 관측 가능한 우주는 항상 크기가 커지고, 오늘날 보이는 은하계의 속도에 상관없이 관측 가능한 우주를 떠나지 않을 것입니다 . $^\dagger$ $r_\mathrm{PH}$

그러나, 미래의 관측 가능한 은하들은 점점 더 적색 편이 될 것이기 때문에, 그들의 빛은 결국 가시 범위에서 더 길고 더 긴 전파로 변할 것이다. 또한, 각각의 검출 된 광자 사이의 시간이 증가할수록, 어두워지고 어두워 져서 실제로 사라질 것이다 .

직관적 인 설명

왜 빛보다 빠르게 멀어지는 은하에서 빛이 우리에게 도달 할 수 있는지 더 잘 이해하기위한 좋은 비유는 "고무 밴드 위의 벌레"입니다. (길이, 10cm 길이의) (무한 신축성) 고무 밴드를 벽에 부착 선택한 일정한 속도 (예 : 1m / s)로 걸어가십시오. 시작하기 전에 애완 동물 벌레를 벽 근처에 두십시오. 다시 연락을 취하고 1cm / s에서 크롤링을 시작합니다. 즉, 사용자보다 100 배 느립니다. 당신에게 도달 할 수 있습니까? 벽의 관점에서 보았을 때, 당신과 벌레는 모두 멀어 지지만 일정한 속도로 물러가는 반면, 웜은 처음에는 느리지 만 고무 밴드에서 움직이므로 가속합니다. 웜과 벽 사이의 고무 밴드의 크기는 증가합니다. 물론 고무 밴드의 나머지 부분도 크기가 커지지 만합니다 (이 예에서는,이 웜 걸릴 것입니다하지만 당신을 도달 억년을하는 그것의 인내심을 상실 할 수있다. 그러나 당신이 걸을 경우에만 10cm / s의, 단지 6 시간 소요됩니다 가리) . $10^{26}$

이 비유에서 당신은 MW이고, 벽은 GN-z11이며, 벌레는 광자입니다. 지금 당신은 일정한 속도로 걸어하지만,없는 경우 에도 귀하의 속도에 따라 (이 어두운 에너지의 효과의 비유입니다), 웜 또는 당신을 도달하지 않을 수있다 가속화 할 수 있습니다. 우리가 볼 수있는 먼 은하계에는 한계가있는 것처럼.

$^\dagger$ _{장거리는 또한 시간을 거슬러 올라가는 것을 의미하기 때문에 (빛이 오랜 시간을 보냈기 때문에) 실제로 우리는 은하계가 역사 초기에 형성되지 않았기 때문에 멀리는 보이지 않습니다. 그러나 우리는 빅뱅 이후 380,000 년 전까지 은하가 태어난 가스를 본다.}

— 펠라
소스

이것은 은하계와 같은 속도로 관측 가능한 우주의 '수용체'의 경계를 의미합니까? 이것은 주어진 반경으로 정의 된 전체 구에서 탈출 속도가 일정하다는 것을 의미합니까?

— Waldemar Gałęzinowski 2016 년

@ WaldemarGałęzinowski :이 질문에 대해 잘 모르겠습니다 : 현재 국경에 위치한 은하계는 v = 3.3c에서 멀어집니다. 시간이 지남에 따라, 우리는 (우리가 실제로 표시되지 않는 사실을 무시 점점 멀리 떨어진 은하에서 빛을 볼 수 있기 때문에 경계 자체가 추가 1C에서 멀어 어떤 그들이 아직 형성되지 않았기 때문에이 멀리 떨어진 은하). 마지막 발언에 관해서는, "탈출 속도"와 같은 것은 없지만, 만약 당신이 우리로부터의 방향과 무관 한 후퇴 속도 를 의미한다면 , 그것은 거리에만 의존합니다.

— pela

우주의 팽창이 빛의 속도보다 빠르다고 말하는 것입니까?

— iMerchant

다시 말하면, 관측 가능한 우주는 항상 크기가 커지고, 오늘날 보이는 은하계의 속도에 상관없이 관측 가능한 우주를 떠나지 않을 것입니다.” 사용 된 상태 방정식에 따라 다릅니다. 팬텀 에너지가 지배하는 우주에서 사건의 지평선은 줄어들 것입니다.

— Sir Cumference

@SirCumference : 표준 우주론 만 고려하는 것이 맞습니다.

— pela

시간이 지남에 따라 현재 관측 가능한 우주에 있지 않은 은하가 관측 될 수 있지만, 이것은 갑자기 일어나는 것은 아닙니다. 대신 수억 년이 지나서 우리는 원생 은하가 성숙한 은하로 진화하는 것을 보게 될 것입니다.

예를 들어 암흑 물질 후광에 대한 수소의 축적으로 해석되는 수소 의 "블롭 (blob)"이있다 . 이 해석이 정확하다면, 결국 그것으로부터 형성되는 은하는 관측 가능한 우주 바깥에있다. 그러나 그렇게 남아 있지 않습니다. 수십억 년에 걸쳐 수소는 별을 형성 할 것이며 은하계는 우리의 관측 가능한 우주에있을 것입니다. 우리는 새로운 은하가 갑자기 나타나는 것을 보지 않고 오히려 수십억 년에 걸친 진화를 봅니다.

더 큰 적색 이동 효과가 있습니다. 궁극적으로 은하계는 탐지 수준 이하로 적색 이동 될 정도로 빠르게 후퇴하기 시작합니다. 약 2 조 년 후에는 지역 은하 만 볼 수 있다고 제안되었다. 이것은 다시 빠른 과정이 아닙니다 (!)

따라서 우리는 우주의 지평선에서 은하가 사라지는 것을 관찰하지 않으며 그렇게 할 것으로 기대하지 않습니다.

— 제임스 K
소스