Universul prezintă modele complicate de grupare care nu se repetă niciodată. Dar din perspectiva noastră, putem vedea doar un volum finit al Universului. Ce se află dincolo de această margine? V. Springel și colab., Mpa Garching și simularea Mileniului

acum 13,8 miliarde de ani, universul așa cum îl știm a început cu Big Bang-ul fierbinte. În acel timp, spațiul însuși s-a extins, materia a suferit atracție gravitațională, iar rezultatul este universul pe care îl vedem astăzi. Dar oricât de vast este totul, există o limită la ceea ce putem vedea. Dincolo de o anumită distanță, galaxiile dispar, stelele sclipesc și nu pot fi văzute semnale din universul îndepărtat. Ce se află dincolo de asta? Aceasta este întrebarea din această săptămână de la Dan Newman, care întreabă:

dacă universul este finit în volum, atunci există o limită? Este abordabil? Și care ar putea fi punctul de vedere în această direcție?

să începem pornind de la locația noastră actuală și privind cât de departe putem.

la fel ca al nostru. Dar, pe măsură ce privim mai departe, vedem universul așa cum era în trecutul îndepărtat: mai puțin structurat, mai fierbinte, mai tânăr și mai puțin evoluat. NASA, ESA și A. Feild (STScI)

în curtea noastră, universul este plin de stele. Dar mergeți la mai mult de 100.000 de ani lumină distanță și ați lăsat Calea Lactee în urmă. Dincolo de asta, există o mare de galaxii: poate două trilioane în total conținute în universul nostru observabil. Ele vin într-o mare diversitate de tipuri, forme, dimensiuni și mase. Dar, pe măsură ce te uiți înapoi la cele mai îndepărtate, începi să găsești ceva neobișnuit: cu cât o galaxie este mai îndepărtată, cu atât este mai probabil să fie mai mică, mai mică în masă și ca stelele sale să fie intrinsec mai albastre în culoare decât cele din apropiere.

în istoria Universului: mai mic, mai Albastru, mai tânăr și mai puțin evoluat în vremurile anterioare. NASA, ESA, P. van Dokkum( Universitatea Yale), S. Patel (Universitatea Leiden) și echipa 3D-HST

Acest lucru are sens în contextul unui univers care a avut un început: o zi de naștere. Asta a fost Big Bang-ul, ziua în care universul așa cum îl știm s-a născut. Pentru o galaxie care este relativ aproape, este aproape aceeași vârstă ca și noi. Dar când ne uităm la o galaxie care este la miliarde de ani lumină distanță, acea lumină a trebuit să călătorească miliarde de ani pentru a ajunge la ochii noștri. O galaxie a cărei lumină are nevoie de 13 miliarde de ani pentru a ajunge la noi trebuie să aibă mai puțin de un miliard de ani, așa că cu cât privim mai departe, practic privim înapoi în timp.

eXtreme Deep Field; cea mai mare imagine lansată vreodată a Universului îndepărtat. NASA, ESA, H. Teplitz și M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universitatea de Stat din Arizona) și Z. Levay (STScI)

imaginea de mai sus este Hubble eXtreme Deep Field (xdf), cea mai profundă imagine a Universului Îndepărtat luată vreodată. Există mii de galaxii în această imagine, la o mare varietate de distanțe față de noi și una de cealaltă. Ceea ce nu puteți vedea în culori simple, totuși, este că fiecare galaxie are un spectru asociat cu ea, unde norii de gaz absorb lumina la lungimi de undă foarte particulare, pe baza fizicii simple a atomului. Pe măsură ce universul se extinde, această lungime de undă se întinde, astfel încât galaxiile mai îndepărtate apar mai roșii decât ar fi altfel. Această fizică ne permite să deducem distanța lor și iată, când le atribuim distanțe, cele mai îndepărtate galaxii sunt cele mai tinere și mai mici dintre toate.

dincolo de galaxii, ne așteptăm să existe primele stele și apoi nimic altceva decât gaz neutru, când Universul nu a avut suficient timp pentru a trage materia în stări suficient de dense pentru a forma o stea încă. Mergând înapoi cu milioane de ani în urmă, radiația din Univers a fost atât de fierbinte încât atomii neutri nu s-au putut forma, ceea ce înseamnă că fotonii au revenit continuu din particulele încărcate. Când atomii neutri s-au format, acea lumină ar trebui să curgă pur și simplu în linie dreaptă pentru totdeauna, neafectată de altceva decât de expansiunea Universului. Descoperirea acestei străluciri rămase — fundalul cosmic cu microunde-în urmă cu mai bine de 50 de ani a fost confirmarea finală a Big Bang-ului.

evidențierea reionizării. Înainte ca stelele sau galaxiile să se formeze, Universul era plin de atomi neutri care blochează lumina. În timp ce cea mai mare parte a Universului nu devine reionizat decât după 550 de milioane de ani, câteva regiuni norocoase sunt în mare parte reionizate în vremuri anterioare. Credit: S. G. Djorgovski și colab., Caltech Digital Media Center

deci, de unde suntem astăzi, putem privi în orice direcție ne place și să vedem aceeași poveste cosmică desfășurându-se. Astăzi, la 13,8 miliarde de ani după Big Bang, avem stelele și galaxiile pe care le cunoaștem astăzi. Anterior, galaxiile erau mai mici, mai albastre, mai tinere și mai puțin evoluate. Înainte de aceasta, au existat primele stele și, înainte de aceasta, doar atomi neutri. Înainte de atomii neutri, a existat o plasmă ionizată, apoi chiar mai devreme au existat protoni și neutroni liberi, crearea spontană a materiei și antimateriei, quarcuri și gluoni liberi, toate particulele instabile din modelul Standard și, în final, momentul Big Bang-ului în sine. A privi la distanțe din ce în ce mai mari este echivalent cu a privi tot drumul înapoi în timp.

universul observabil. Galaxiile dau loc structurii pe scară largă și plasmei fierbinți și dense A Big Bang-ului la periferie. Această ‘margine’ este o limită numai în timp. Utilizatorul Wikipedia Pablo Carlos Budassi

deși acest lucru definește universul nostru observabil — cu limita teoretică a Big Bang — ului situată la 46,1 miliarde de ani lumină de poziția noastră actuală-aceasta nu este o limită reală în spațiu. În schimb, este pur și simplu o limită în timp; există o limită la ceea ce putem vedea, deoarece viteza luminii permite informațiilor să călătorească atât de departe în cei 13,8 miliarde de ani de la Big Bang-ul fierbinte. Această distanță este mai mare de 13,8 miliarde de ani lumină, deoarece țesătura universului s-a extins (și continuă să se extindă), dar este încă limitată. Dar înainte de Big Bang? Ce ați vedea dacă ați merge într-un fel la timp cu doar o mică fracțiune de secundă mai devreme decât atunci când Universul era la cele mai înalte energii, fierbinte și dens și plin de materie, antimaterie și radiații?

universul observabil la care avem acces. Fluctuațiile inflației au plantat semințele care au crescut în structura pe care o avem astăzi. Bock și colab. (2006, astro-ph/0604101); modificări de E. Siegel

veți găsi că a existat o stare numită inflația cosmică: unde universul se extindea foarte repede și era dominat de energia inerentă spațiului însuși. Spațiul s-a extins exponențial în acest timp, unde a fost întins plat, unde i s-au dat aceleași proprietăți peste tot, unde particulele preexistente au fost toate împinse și unde fluctuațiile câmpurilor cuantice inerente spațiului au fost întinse în univers. Când inflația s — a încheiat acolo unde ne aflăm, Big Bang — ul fierbinte a umplut universul cu materie și radiații, dând naștere părții Universului-universul observabil-pe care o vedem astăzi. 13,8 miliarde de ani mai târziu, iată-ne.

ani în toate direcțiile din punctul nostru de vedere, dar există cu siguranță mai mult, univers neobservabil, poate chiar o cantitate infinită, la fel ca a noastră dincolo de asta. Fr. Michel și Andrew Z. Colvin, adnotați de E. Siegel

problema este că nu există nimic special în locația noastră, nici în spațiu, nici în timp. Faptul că putem vedea la 46 de miliarde de ani lumină distanță nu face ca acea limită sau acea locație să fie ceva special; pur și simplu marchează limita a ceea ce putem vedea. Dacă am putea cumva să facem un „instantaneu” al întregului univers, depășind cu mult partea observabilă, așa cum există la 13,8 miliarde de ani după Big Bang peste tot, totul ar arăta ca universul nostru din apropiere astăzi. Ar exista o mare rețea cosmică de galaxii, clustere, filamente și goluri cosmice, care se extind mult dincolo de regiunea relativ mică pe care o putem vedea. Orice observator, în orice locație, ar vedea un univers care seamănă foarte mult cu cel pe care îl vedem din propria noastră perspectivă.

prezintă stele și galaxii din apropiere văzute de-a lungul drumului, dar galaxiile mai apropiate de regiunile exterioare sunt pur și simplu văzute într-un stadiu mai tânăr, mai devreme de evoluție. Din perspectiva lor, au 13, 8 miliarde de ani (și mai evoluați) și aparem așa cum am făcut-o cu miliarde de ani în urmă. NASA, ESA, echipa de bunuri și M. Giavalisco (STScI / Universitatea din Massachusetts)

detaliile individuale ar fi diferite, la fel cum detaliile propriului nostru sistem solar, galaxie, grup local, și așa mai departe, sunt diferite de punctul de vedere al oricărui alt observator. Dar universul în sine nu este finit în volum; este doar partea observabilă care este finită. Motivul este că există o limită în timp — Big Bang-ul-care ne separă de restul. Putem aborda această limită numai prin telescoape (care privesc vremurile anterioare din Univers) și prin teorie. Până nu ne dăm seama cum să ocolim fluxul înainte al timpului, aceasta va fi singura noastră abordare pentru a înțelege mai bine „marginea” universului. Dar în spațiu? Nu există nici o margine, la toate. Pentru cele mai bune pe care le putem spune, cineva la marginea a ceea ce vedem pur și simplu ne-ar vedea ca marginea în schimb!

trimite în dumneavoastră pune întrebări Ethan pentru a startswithabang la gmail dot com!

Urmați-mă pe Twitter. Check out site-ul meu sau o parte din alte munca mea aici.