Dlaczego wszechświat ma 92 mld lat świetlnych średnicy?

Już kilkukrotnie kierowano do mnie, skądinąd bardzo trafne pytanie: dlaczego średnica obserwowalnego wszechświata wynosi aż 92 miliardy lat świetlnych, skoro jego wiek ocenia się na niecałe 14 miliardów lat? Muszę przyznać, że przy pierwszym spojrzeniu na problem, niespecjalnie się przyłożyłem i doszedłem do kiepskich wniosków. Pora to naprawić.

Najpierw rozpatrzmy najbardziej intuicyjny punkt widzenia. Wszechświat zrodził się w drodze wielkiego wybuchu 13,82 miliarda lat temu. Pierwsze gwiazdy i galaktyki, czyli obiekty mogące emitować widzialne światło, powstały najwcześniej po kilkuset milionach lat od tego wydarzenia, ale dla uproszczenia przyjmijmy, że pierwszy błysk powstał dokładnie 13 mld lat temu. Byłby to bez wątpienia najdalszy obiekt jaki mogą wypatrzyć nasze teleskopy. Skoro tak, to należałoby przyjąć promień obserwowalnego wszechświata o długości 13 mld lat świetlnych. Gdziekolwiek nie zwrócilibyśmy wzroku, nie zajrzymy dalej niż za tą odległość. Ziemia stanowiłaby więc punkt w samym środku olbrzymiej kuli o średnicy 26 mld lat świetlnych. To zrozumiałe podejście opierające się na dwóch przesłankach: niezmiennej prędkości światła w próżni, oraz stałości wszechświata.

Źródło rozbłysku gamma GRB 090423, wyemitowanego 13,04 mld lat temu, leży znacznie dalej niż 13 mld lat świetlnych od Ziemi.

Źródłem błędu jest właśnie to drugie założenie. Teoria stanu stacjonarnego dawno temu odeszła do lamusa, ustępując miejsca ciągłej ekspansji wszechświata. Odległe gromady galaktyk oddalają się od nas (i od siebie nawzajem) z prędkością kilkudziesięciu km/s. Przy tym należy pamiętać, że pęczniejąca przestrzeń powoduje, że im dalej położony jest obiekt tym szybciej ucieka.

Wróćmy teraz do naszej galaktyki, powstałej 13 mld lat temu. Jeżeli jej światło zarejestrujemy w tym momencie, możemy z całą pewnością stwierdzić, iż powstała niedługo po wielkim wybuchu. Wtedy wystartowały pierwsze fotony, które właśnie do nas dotarły. Rzecz w tym, że gdy gnały one przez kosmos w naszym kierunku, ich źródło ciągle się oddalało. Dociera więc do nas przestarzały obraz galaktyki, która obecnie leży znacznie dalej niż te 13 mld lat świetlnych. Uwzględniając te wielkości, astronomowie szacują, że widzialny wszechświat ma promień 46 miliardów lat świetlnych i średnicę 92, a nie 26 miliardów lat świetlnych.

Jest to granica naszych obserwacji. Z tej niebotycznej odległości rejestrujemy fotony wyemitowane zaledwie 380 tys. lat po wielkim wybuchu. Fale tego pierwotnego światła, wraz z ciągłym rozszerzaniem wszechświata, wydłużyły się do niewidocznej gołym okiem postaci mikrofalowej. Na podstawie tego przesunięcia widma, uzyskano rzeczony wynik.

Dlaczego Falcon lądował na oceanie? Jak ciasno jest na ISS? Jaką siłę miała eksplozja w Bejrucie?