Od Księżyca dzieli nas 380 tysięcy kilometrów. Od wystrzelonego trzydzieści siedem lat temu Voyagera 1, jakieś 19 miliardów kilometrów. Najdalej położone, widoczne gołym okiem gwiazdy, migają do nas z dystansu ponad 3 tysięcy lat świetlnych (28 biliardów kilometrów!). A co powiecie na wycieczkę do miejsc oddalonych o trudną do wyobrażenia odległość, kilkudziesięciu miliardów lat świetlnych?

W dys­pu­tach nad wiekiem i roz­mia­rami wszech­świata już dawno zamie­ni­li­śmy wszyst­kie setki i tysiące, na miliardy i biliony. Szcze­góły i kon­kretne, zapie­ra­jące dech w pier­siach liczby, odsło­ni­li­śmy jednak dopiero w ostat­nich dekadach. Na dobrą sprawę, jeszcze w latach 90. szacunki na temat wieku wszech­świata oscy­lo­wały w prze­dziale, od 10 do nawet 18 miliar­dów lat. Uczeni byli już pewni, że historia kosmosu jest wie­lo­krot­nie starsza niż dzieje ludz­ko­ści, życia na Ziemi, czy nawet Układu Sło­necz­nego, ale roz­bież­ność rzędu ośmiu miliar­dów lat budziła słuszne kon­tro­wer­sje. Sprawa zrobiła się jeszcze bardziej wsty­dliwa, gdy analiza zdjęć z tele­sko­pów kosmicz­nych wykazała paradoks: niektóre z obser­wo­wa­nych gwiazd wyglą­dały na starsze niż pro­po­no­wane 10 miliar­dów lat. Musia­łyby więc powstać przed wielkim począt­kiem!

Wtem, na naukow­ców spłynęło obja­wie­nie. Co prawda nie w postaci archa­nioła wiesz­czą­cego dobrą nowinę, ale też z nieba. Wystrze­lona w 2001 roku sonda kosmiczna Wil­kin­sona wykonała bardzo dokładną foto­gra­fię mikro­fa­lo­wego pro­mie­nio­wa­nia tła, co pozwo­liło na pre­cy­zyjne zapo­zna­nie się z dzie­ciń­stwem wszech­świata. Nie­zwy­kle czuła apa­ra­tura WMAP reje­stro­wała nawet naj­drob­niej­sze różnice tem­pe­ra­tur. Wszelkie odbar­wie­nia na zielonej mapie, ozna­czały nie­rów­no­ści rzędu setnych części stopnia, które wraz z inflacją wszech­świata rozrosły się wiel­ko­ska­lo­wych struktur – ścian, włókien lub gromad galaktyk. 

Po uzbro­je­niu się w taki arsenał danych – wyko­rzy­stu­jąc wiedzę o geo­me­trii wszech­świata i stałą Hubble’a  astro­no­mo­wie mogli wydać werdykt: 13,74 mld lat. (W roku ubiegłym, w oparciu o infor­ma­cje pocho­dzące z misji Planck, dokonano poprawki: 13,82 mld lat.) Idąc dalej, wiedza o czasie jaki upłynął od wiel­kiego wybuchu, pozwo­liła na wyzna­cze­nie roz­mia­rów wszech­świata obser­wo­wal­nego. Obser­wo­wal­nego, czyli takiego wycinka prze­strzeni kosmicz­nej, na którego oglą­da­nie pozwa­lają prawa fizyki. Naj­pro­ściej go sobie wyobra­zić jako kulę z obser­wa­to­rami, czyli nami, po środku. W związku z ogra­ni­czoną pręd­ko­ścią światła, wszystko co leży poza hory­zon­tem naszej kuli, pozo­staje dla nas abso­lut­nie nie­do­strze­galne, nie­za­leż­nie od tego z jak zaawan­so­wa­nego tele­skopu sko­rzy­stamy.

Osoba nie­ma­jąca nic wspól­nego z kosmo­lo­gią, mogłaby na pod­sta­wie powyż­szego wysunąć złudny wniosek, że promień widzial­nego wszech­świata wynosi niecałe 14 miliar­dów lat świetl­nych, a więc otacza nas kula o średnicy około 28 miliar­dów lat świetl­nych. Osoby regu­lar­nie czy­ta­jące bloga, wiedzą dlaczego prosty rachunek, biorący w rachubę wiek wszech­świata i prędkość światła, nie jest poprawny (patrz tekst: Dlaczego wszech­świat ma 92 miliardy lat świetl­nych średnicy?). John Richard Gott zdawał sobie sprawę, że po uwzględ­nie­niu jeszcze jednego współ­czyn­nika, tj. ciągle wzra­sta­ją­cego tempa eks­pan­sji wszech­świata, jego średnica okaże się znacznie większa. Fizyk z Prin­ce­ton wyliczył, że promień obser­wo­wal­nego wszech­świata wynosi 46 miliar­dów, a długość średnicy niecałe 93 miliardy lat świetl­nych. 

Granicę wyznacza mikro­fa­lowe pro­mie­nio­wa­nie tła. Zdjęcie WMAP pre­zen­tuje wszech­świat w zaledwie 380 tysięcy lat po wielkim wybuchu (dlaczego?), a niosące ten wzór fotony musiały przebyć drogę właśnie 46 miliar­dów lat świetl­nych nim wpadły na detek­tory sondy. Panuje prosta zasada: im dalej jest położony obiekt, tym bardziej nie­ak­tu­alny obraz oglądamy. Dlatego też, gdy kosmo­lo­go­wie chwalą się odna­le­zie­niem kolejnej rekor­dowo starej gwiazdy, mają również na myśli rekord pod względem odle­gło­ści.

Zatem, co znaj­dziemy w pobliżu granicy obser­wo­wal­nego wszech­świata?

CFHQSJ2329-0301

Pierwsze z roz­pik­se­li­zo­wa­nych zdjęć zostało wykonane w 2009 roku. Astro­no­mo­wie z hawaj­skiego obser­wa­to­rium na Mauna Kea uchwy­cili obraz aktywnej galak­tyki, liczącej sobie 12,8 miliarda lat. Obiekt CFHQSJ2329-0301 potwier­dził hipotezę, wedle której wiele spośród młodych galaktyk funk­cjo­no­wało jako wyso­ko­ener­ge­tyczne kwazary. Dopiero po wyczer­pa­niu paliwa dla super­ma­syw­nych czarnych dziur (ta napę­dza­jąca CFHQSJ2329-0301 posiada masę około miliarda Słońc) leżących w ich wnę­trzach, galak­tyki uspo­ka­jały się przy­bie­ra­jąc formę podobną do dzi­siej­szych.

z8 GND 5296

 Naj­śwież­sze odkrycie, pocho­dzące z paź­dzier­nika 2013 roku. Ekipy z Harvardu i Uni­wer­sy­tetu w Austin oceniły wiek z8 GND 5296 na co najmniej 13,1 miliarda lat. To obraz młodej galak­tyki z wciąż aktyw­nymi pro­ce­sami gwiaz­do­twór­czymi, ujaw­nia­jący jak wyglądał wszech­świat gdy posiadał zaledwie 5% obecnego wieku.

UDFj-39546284

Rekor­dzistka roku 2011, powstała w mniej niż pół miliarda lat po wielkim wybuchu, tj. 13,2 miliarda lat temu. Obser­wa­cji w pod­czer­wieni dokonał Kosmiczny Teleskop Hubble’a, przy okazji pstry­ka­nia kolejnej wersji ultra­głę­bo­kiego pola. Jak powie­dział  John Morse z NASA:  “Po 20 latach od otwarcia oczu na ota­cza­jący nas wszech­świat, Hubble nadal zaska­kuje astro­no­mów”.

MACS0647-JD

Dwa lata temu, połą­czone siły tele­sko­pów kosmicz­nych Hubble’a i Spitzera, pozwo­liły na zło­wie­nie kolej­nego rekordu. Astro­no­mo­wie orzekli, że MACS0647-JD to praw­do­po­dob­nie nie w pełni ukształ­to­wana galak­tyka, która wyemi­to­wała swoje światło 420 milionów lat po wielkim wybuchu, a więc  aż 13,3 miliarda lat temu.

Promieniowanie reliktowe

Granice obserwowalnego wszechświata, czyli mikrofalowe promieniowanie tłaI wreszcie horyzont obser­wo­wal­nego wszech­świata. Prze­róbka zdjęcia pro­mie­nio­wa­nia relik­to­wego, wyko­na­nego przez WMAP w 2003 roku.
Literatura uzupełniająca:
P. Halpern, Nasz inny wszechświat. Poza kosmiczny horyzont i dalej, przeł. J. Popowski, Warszawa 2012;
L. Krauss, Wszechświat z niczego. Dlaczego istnieje raczej coś niż nic?, przeł. T. Krzysztoń, Warszawa 2014;
NASA’s Hubble Finds Most Distant Galaxy Candidate Ever Seen in Universe, [online: http://www.nasa.gov/mission_pages/hubble/science/farthest-galaxy.html/].

Zobacz też:
Trzy relikty wielkiego wybuchu.

  • m

    Super. Własnie na takie artykuły naj­bar­dziej czekam.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Elam

    To jest nie­zwy­kłe. Każdy z pikseli na tych nie­wy­raź­nych fotach zawiera setki lub miliony gwiazd. Nie­zwy­kłe jest też to że już w kilkaset milionów lat po wybuchu ukształ­to­wały się takie struk­tury jak galak­tyki.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Świetnie się czyta! Więcej takich wpisów proszę!

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Czyli wszech­świat roz­sze­rza się z pręd­ko­ścią większą od pręd­ko­ści światła?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Ano­ny­mous

      Miej­scami tak.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Ano­ny­mous

      I tak. I nie. Roz­sze­rza się prze­strzeń jako taka, a granica pręd­ko­ści światła w próżni nie zostaje naru­szona.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/07153408556515243869 Isinlor

    Wydaje mis się, że nie­świa­do­mie mylisz pojęcie obser­wo­wal­nego Wszech­świata ze sferą Hubble’a. Polecam zapoznać się z:
    http://arxiv.org/abs/astro-ph/0310808
    http://en.wikipedia.org/wiki/Ant_on_a_rubber_rope#Metric_expansion_of_space

    Poza tym jak zawsze — świetny wpis 😉 !

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • http://www.blogger.com/profile/17443465129484666492 Kuba Grom

    Jest jednak rzecz równie ciekawa, znaj­du­jąca się znacznie bliżej — gwiazda HD 140283, naj­star­sza znana o wieku 14,4 mld lat (+/- 800 mln).

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Jako laik mam zapewne głupie pytanie.. Czy za powiedzmy kolejne 14 mld. lat zoba­czył­bym ten sam obraz relik­to­wego pro­mie­nio­wa­nia tła? Innymi słowy, czy kiedyś obraz zilu­stro­wany przez WMAP prze­sta­nie w ogóle być widoczny ?
    Dlaczego obraz ten jest widoczny z każdej strony, skoro wszech­świat rozrasta się jed­no­rod­nie? Tj. czy obraz zilu­stro­wany przez WMAP nie powinien być widoczny tylko z jednego kierunku, tj. z “miejsca wspól­nego początku”?

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Fotony pro­mie­nio­wa­nia relik­to­wego nadal będą tracić impet i w skali miliar­dów lat powin­ni­śmy zare­je­stro­wać dalsze ozię­bie­nie. Jak wiadomo, cały wszech­świat musi dążyć ku mak­sy­mal­nej entropii.

      Jedno nie wyklucza się z drugim. Aby sobie wyobra­zić jak to działa, musisz wziąć pod uwagę dwa fakty: wszech­świat roz­sze­rza się w każdym miejscu i nie ma żadnego miejsca, które można nazwać środkiem. Sama nazwa wiel­kiego “wybuchu” jest mocno myląca, bo proces eks­pan­sji różni się w swej mecha­nice od tego co zwy­kli­śmy nazywać eks­plo­zją. Wygląda to mniej więcej tak: http://wszechswiat.astrowww.pl/bigbang.gif

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • Ano­ny­mous

      Bardzo dziękuje za odpo­wiedź, zwłasz­cza za 2 część dot. samego “Wiel­kiego Wybuchu”.
      Niemniej jednak 1 część jest dalej dla mnie zagadką, bo jeśli tempo eks­pan­sji wszech­świata jest różne od pręd­ko­ści światła, to chyba prędzej czy później pomiar pro­mie­nio­wa­nia relik­to­wego stanie się nie­re­alny, bo po prostu wszyst­kie fotony nas “wyprze­dzą”?

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Nie sądzę. Wszech­świat jest wypeł­niony (i to w sposób jed­no­rodny) pro­mie­nio­wa­niem relik­to­wym. Wraz z roz­sze­rza­niem się wszech­świata pro­mie­nio­wa­nie to będzie ulegać “roz­rze­dze­niu” i dalszemu ochła­dza­niu. Trudno mi sobie w ogóle wyobra­zić to “wyprze­dze­nie”, o którym piszesz.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • Fizyk

        wszech­świat jed­no­rodny?

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Ano­ny­mous

    Też jestem laikiem 🙂 i mam pytanie: czy wszech­świat ma jakąś okre­śloną granicę ??? , jak ona wygląda ??? i czy jest to bariera nie do poko­na­nia ???

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.blogger.com/profile/11397196611078180548 Adam Adamczyk

      Ale o co pytasz? Wszech­świat obser­wo­walny — bo ten jest przed­mio­tem badań fizyków — ma swoją granicę. Jak napi­sa­łem w powyż­szym i wielu innych tekstach, to kula o średnicy około 92 mld lat świetl­nych. Nie jest to żadna fizyczna zapora, a jedynie pewien horyzont zza którego nie możemy z tego miejsca nic zobaczyć. Wszech­świat obser­wo­walny “porusza się” jednak wraz z nami. Możesz sobie wyobra­zić Ziemię jako osobę z latarnią w ręku, stojącą po środku cał­ko­wi­cie ciemnego pomiesz­cze­nia. Światło pozwoli mu na oglą­da­nie kilku naj­bliż­szych metrów wokół siebie. Oczy­wi­ście mecha­nizm jest tu zupełnie inny, ale skutek dość podobny.

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • Michal Mierzwa

        Również się nad tym zasta­na­wia­łem i nie chodzi tu o granicę obser­wo­walną, bo ta jest — w miarę — jasna. Chodzi o granicę, która teo­re­tycz­nie, jak by się zdawalo, istnieć musi.
        Popro­wadźmy linię od nas w stronę jednej z naj­star­szych galaktyk. Teraz od tej galak­tyki prze­dłużmy tą linię. Co znaj­dziemy poru­sza­jąc się wzdłuż tej linii? Zakładam, że nie ma żadnej granicy typu ściana lub znak “Tu się kończy wszech­świat, dalej jest pusto­stan”. Zało­ży­łem więc, że tak jak po baloniku, po prostu poja­wi­li­by­śmy się z drugiej strony. Ostatnio jednak naszła mnie myśl, że skoro nic, nawet infor­ma­cja, nie może poruszać się z pręd­ko­ścią większą od światła, to może takie pytanie jest z pokroju “ile diabłów mieści się na czubku igły”. Wszak zaglą­da­jąc w dal poru­szamy się nie tylko w prze­strzeni (to nie­moż­liwe) ale i w czasie. Tak więc patrząc coraz dalej, patrzymy w coraz wcze­śniej, zatem nigdy nie dotrzemy do kresu, bowiem kres, to początek prze­strzeni i czasu. Innymi słowy, gdybyśmy mogli zajrzeć odpo­wied­nio daleko (pomijam fakt że to nie możliwe nawet teo­re­tycz­nie), to zoba­czy­li­by­śmy … to samo miejsce w którym jesteśmy teraz — środek, początek, oso­bli­wość.

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

        Tak, taka hipoteza jest jak naj­bar­dziej roz­wa­żana. Odsyłam do tekstu “Małe kosmo­lo­giczne FAQ”. Nasze moż­li­wo­ści obser­wa­cyjne ogra­ni­cza właśnie prędkość światła, a więc też przesyłu infor­ma­cji, ale czysto teo­re­tycz­nie nie­wy­klu­czone, że patrząc w dal widzie­li­by­śmy tył własnej głowy.

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

      • Michal Mierzwa

        Wtedy docie­ra­jące do nas fotony mogłyby być obrazem “tyłu” galaktyk, które widzimy z przodu… Potra­fi­li­by­śmy takie coś wychwy­cić? Teraz wszech­świat jest za wielki, ale w czasie, kiedy światło dawało radę cały przebiec? Czy przez nakła­da­nie się nie powinno pozo­sta­wić to jakichś wzorów choćby w pro­mie­nio­wa­niu relik­to­wym?

        Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • Pingback: Małe kosmologiczne FAQ | Kwantowo.pl()

  • Pingback: Hubble, najlepszego staruszku! | Kwantowo.pl - astronomia, fizyka, nauka!()

  • Mateusz

    Linki w artykule nie działają… nie ma nic po klik­nię­ciu w nie.

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

  • hegewara

    same brednie widzimy odlegle galak­tyki a nie ma zdjęć wyra­znych księżyca albo zdjec ziemi z kosmosu same wizu­ali­za­cje albo grafiki

    Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0

    • http://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      To miłe, uprze­dzasz, że za chwilę zaczniesz bredzić. Kolego, mamy mak­sy­mal­nie wyraźne zdjęcia Księżyca oraz więk­szo­ści ciał Układu Sło­necz­nego i nie tylko. Wygogluj sobie cho­ciażby nie­sa­mo­wite zdjęcie galak­tyki Andro­medy w full HD, wykonane kilka lat temu przez teleskop Hubble’a.
      Poza tym, powi­nie­neś prze­czy­tać ten tekst, bo poniekąd dotyczy Twoich nie­uza­sad­nio­nych wąt­pli­wo­ści: http://www.kwantowo.pl/2015/07/09/dlaczego-hubble-nie-dal-nam-dokladnych-zdjec-plutona/

      Dobrze gada? Dobre 0 Słabe 0