Odkud pochází 45 miliard světelných let ve vesmíru, když je starý jen 13,8 miliardy let?
Existují dvě čísla, která se na první pohled zdají být v rozporu. Věk vesmíru činí 13,77 miliardy let. Radiu pozorovatelné části vesmíru však dosahuje přibližně 45 miliard světelných let.
Odtud vyvstává důležitá otázka. Jak je možné, že vesmír mohl za tak krátký čas narůst do takových rozměrů, když nic nemůže pohybovat rychleji než světlo? Měl by být raději rádius 13,77 miliardy světelných let?
Odpověď leží v mechanismu prostoru. Ano, vesmír se skutečně rozšiřuje rychleji než rychlost světla.
Hlava nastavení
Když astronomové zaznamenávají světlo z daleké galaxie, dívají se do minulosti. Toto světlo cestovalo miliardy let, aby se dostalo do objektivu teleskopu. Během této cesty se však prázdnota kolem něj měnila. Vesmír se neustále rozšiřuje, což zvyšuje průměrnou vzdálenost mezi objekty.
Výsledkem je, že se potýkáme s pohybujícím se cílem. Galaxie vyslala světlo, když byla relativně blízko. Jakmile světlo cestovalo, prostor se natahoval. V okamžiku, kdy jsme signál zachytili, zdroj tohoto signálu již velmi daleko od původního bodu utekl.
Abychom pochopili, kde se objekt nachází dnes, vědci používají standardní kosmologický model — ΛCDM.
- Λ (lambda) označuje temnou energii, která je zodpovědná za urychlení expanze.
- CDM (cold dark matter) je studená temná hmota, která přidržuje galaxie pohromadě.
Tento model umožňuje vypočítat skutečné vzdálenosti a měřítka vesmíru. To, co dnes vidíme jako okraj pozorovatelného vesmíru, je od nás vzdáleno 45 miliard světelných let. Tento limit se nazývá horizont částic nebo doprovodný horizont. To je náš pozorovaný bublinový prostor.
Nezrušil Einstein tuto možnost?
45 miliard je více než 13,77. To znamená, že rychlost expanze překračuje rychlost světla. Porušuje to speciální teorii relativity?
Ne. Omezení rychlosti světla je fundamentální zákon fyziky, ale platí pouze lokálně. Žádný hmotný objekt nemůže projít prostorem rychleji než foton. Nikdy nepostavíme raketu, která by předběhla vlastní paprsek světla.
Speciální teorie relativity však nic neříká o rychlosti expanze samotného prostoru. Galaxie na okraji vesmíru se nepohybují prostorem nadsvětelnou rychlostí. Sám prostor mezi námi a nimi se vytváří tak rychle, že celkový efekt překračuje rychlost světla.
Červený posun a tři horizonty
Tuto rychlost měříme prostřednictvím červeného posunu. Čím rychleji se objekt vzdaluje, tím silněji se jeho světlo posouvá do červené části spektra. Protože se prostor rozšiřuje všude, čím dále je objekt, tím více prostoru je mezi námi, a tím rychleji uniká.
Je důležité rozlišovat mezi třemi hranicemi, které jsou často zaměňovány:
- Hubblova vzdálenost (13,77 miliardy světelných let). Místo, kde rychlost úniku galaxií od nás se rovná rychlosti světla. Všechno, co je dále, se teď vzdaluje nadsvětelnou rychlostí.
- Horizont částic (~45 miliard světelných let). Kraj pozorovatelného vesmíru. Tyto objekty vidíme pouze proto, že jejich světlo bylo emitováno v daleké minulosti, kdy byly mnohem blíže k nám.
- Kosmologický horizont událostí (nyní ~17 miliard, konečný limit ~60 miliard). Nejdůležitější hranice. Všechno, co ji právě nyní překračuje, navždy ztrácí možnost poslat nám signál o svém současném stavu. Tato hranice určuje scénář finální osamělosti.
Bod, ze kterého není návratu
Kosmologický horizont událostí funguje jako filtr příčinnosti.
Pokud se galaxie nachází ve vzdálenosti 18 miliard světelných let:
- Nevidíme to, co se v ní děje dnes (protože 18 > 17). Spojení s jejím současným stavem je navždy ztraceno.
- Ale stále ji budeme moci vidět. Budeme sledovat její dalekou minulost — světlo, které vyslala miliardy let zpět, když byla mnohem blíže k nám.
V průběhu času se náš rozhled (horizont částic) rozšíří až na limit přes 60 miliard světelných let. Ale čím dále je objekt, tím starší se nám bude jevit.
Osamělá budoucnost
Perspektiva, kterou vykresluje model ΛCDM, je poměrně temná. Světlo z nejvzdálenějších objektů bude podléhat stále většímu červenému posunu. Vlny se natáhnou natolik, že se stanou neviditelnými pro jakékoli přístroje.
Galaxie přepraví horizont událostí a zmizí z našeho zorného pole. Podle výpočtů, přibližně za 100 miliard let, pozorovatel v naší galaxii (nebo to, co z ní zůstane) uvidí naprosto černou oblohu. Viditelné zůstanou pouze objekty Místní skupiny galaxií, gravitačně spojené s námi. Vše ostatní navždy zmizí, vymazáno expanzí prostoru.
