Αστροφυσική, Διάστημα

Πόσοι γαλαξίες έχουν εξαφανιστεί ήδη από την προοπτική μας;

Written by Δ.Μ.

Μια από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις για την ανθρωπότητα σχετικά με το Σύμπαν είναι ότι το διάστημα δεν διαστέλλεται (επεκτείνεται) μόνο, αλλά ότι η επέκταση αυτή επιταχύνεται. Όσο πιο μακριά είναι ένας μακρινός γαλαξίας από εμάς, τόσο πιο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνεται και η ταχύτητα που σβήνει το φως φαίνεται να επιταχύνεται με την πάροδο του χρόνου. Κάποια στιγμή αυτοί οι γαλαξίες θα απομακρύνονται από εμάς γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα μπορούμε να τους δούμε πια! Ποιά είναι η αλήθεια και τι σημαίνει για μας; Πόσοι γαλαξίες (με πολύ υψηλή ερυθρή μετατόπιση z) έχουν εξαφανιστεί μπροστά από μας;

Share

Μια από τις μεγαλύτερες εκπλήξεις για την ανθρωπότητα σχετικά με το Σύμπαν είναι ότι το διάστημα δεν διαστέλλεται (επεκτείνεται) μόνο, αλλά ότι η επέκταση αυτή επιταχύνεται. Όσο πιο μακριά είναι ένας μακρινός γαλαξίας από εμάς, τόσο πιο γρήγορα φαίνεται να απομακρύνεται και η ταχύτητα που σβήνει το φως φαίνεται να επιταχύνεται με την πάροδο του χρόνου. Κάποια στιγμή αυτοί οι γαλαξίες θα απομακρύνονται από εμάς γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα μπορούμε να τους  δούμε πια! Ποιά είναι η αλήθεια και τι σημαίνει για μας; Πόσοι γαλαξίες (με πολύ υψηλή ερυθρή μετατόπιση z, άρα πολύ μακρινοί) έχουν εξαφανιστεί μπροστά από μας;

bye-galaxies

Οι μακρινοί γαλαξίες, όπως αυτοί που βρίσκονται στο σμήνος των γαλαξιών του Ηρακλή, επιταχύνονται μακριά από μας. Τελικά, θα σταματήσουμε να λαμβάνουμε φως από ένα σημείο πέρα ​​από αυτό.

Ανάλογα με το τι εννοείτε με το «εξαφανιστεί», η απάντηση δεν θα μπορούσε να είναι ούτε ένας από αυτούς, ούτε σχεδόν όλοι αυτοί. Ας δούμε για τι μιλάμε.

universe-history

Η όλη μας κοσμική ιστορία είναι θεωρητικά καλά κατανοητή, αλλά μόνο ποιοτική. Με την παρατήρηση επιβεβαιώνοντας και αποκαλύπτοντας διάφορα στάδια στο παρελθόν του σύμπαντος πρέπει να έχουμε καταλάβει πώς σχηματίστηκαν τα πρώτα αστέρια και οι γαλαξίες, για να μπορέσουμε πραγματικά να κατανοήσουμε τον κόσμο μας. Το Big Bang θέτει ένα θεμελιώδες όριο στο πόσο μακριά μπορούμε να δούμε προς οποιαδήποτε κατεύθυνση.

Ο τρόπος που βλέπουμε έναν γαλαξία εξαρτάται:

  • από το ότι σχηματίζει αστέρια,

  • τα οποία δημιουργούν φως,

  • που αυτό το φως ταξιδεύει μέσω του σύμπαντος,

  • που όμως το ίδιο το σύμπαν επεκτείνεται,

  • μέχρι που αυτό το φως να φτάσει στα μάτια μας.

Φαίνεται σαν ένα απλό σενάριο, σωστά; Έτσι, όταν κοιτάζουμε έξω στο Σύμπαν, θα περίμενε κανείς ότι θα μπορούσαμε να δούμε όλους τους γαλαξίες που υπάρχουν. Αλλά δεν μπορούμε.

Ο πρώτος λόγος είναι αρκετά απλός: το Σύμπαν είχε μόνο ένα πεπερασμένο χρονικό διάστημα στη διάθεση του για να τα κάνει όλα αυτά. Η Μεγάλη Έκρηξη γέννησε το Σύμπαν όπως το ξέρουμε πριν από περίπου 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, με τα πρώτα αστέρια να σχηματίζονται από μερικές δεκάδες έως μερικές εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang. Αυτή τη στιγμή το πρώτο φως μόλις φτάνει ακόμα και στα πιο εξελιγμένα όργανα μετά από ένα τεράστιο ταξίδι στον διαγαλαξιακό χώρο. Με το πέρασμα του χρόνου φτάνει τελικά το φως από τους πιο μακρινούς γαλαξίες. Ακόμη και σε ένα διαστελλόμενο Σύμπαν, υπάρχουν μακρινοί γαλαξίες των οποίων το φως θα έλθει τελικά σε μας και θα το δούμε.

Πώς το φως μετατοπίζεται προς το ερυθρό λόγω διαστολής του σύμπαντος

Αλλά δεν είναι ορατός κάθε γαλαξίας. Το σύμπαν μας έχει επεκταθεί με βάση το τι υπάρχει μέσα του: ένα μίγμα ακτινοβολίας, νετρίνων, φυσιολογικής βαρυονικής ύλης, σκοτεινής ύλης και σκοτεινής ενέργειας. Κατά τη διάρκεια της ιστορίας του Σύμπαντος, αυτό σημαίνει ότι το φως μπορεί να φθάσει από αποστάσεις το πολύ από 46 δις έτη φωτός.

Φυσικά, αυτό δεν σημαίνει ότι ένα αντικείμενο που είναι 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός μακριά  σήμερα πρόκειται να εκπέμψει οτιδήποτε που μπορούμε να το δούμε ποτέ. Αυτό σημαίνει ότι εάν ένα αντικείμενο εκπέμπει φως πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια, από πολύ μικρή απόσταση, αυτό το φως θα έφθανε τώρα, 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια αργότερα, και ότι το αντικείμενο που το εκπέμπει θα ήταν σήμερα 46 δις μακριά. Αυτό είναι το όριο του πόσο μακριά μπορούμε να δούμε στο παρατηρούμενο Σύμπαν.

universe3Το παρατηρούμενο σύμπαν θα μπορούσε να είναι 46 δισεκατομμύρια έτη φωτός προς όλες τις κατευθύνσεις από τη δική μας οπτική γωνία, αλλά σίγουρα υπάρχει περισσότερο, αδιαφανές σύμπαν, ίσως ακόμη και ένα άπειρο ποσό κόσμου, ακριβώς όπως το δικό μας πέρα ​​από αυτό. Με την πάροδο του χρόνου, θα μπορέσουμε να δούμε λίγο, αλλά όχι πολύ, περισσότερο από αυτό.

Αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν περίπου 2 τρισεκατομμύρια γαλαξίες για να τους δούμε, κατ’ αρχήν. Όλοι οι γαλαξίες που είχαμε ποτέ καταφέρει να παρατηρήσουμε, εφόσον εξακολουθούν να έχουν άστρα, εξακολουθούν να είναι καταρχήν ικανοί να παρατηρηθούν, συν τους νέους. Ακόμη και το γεγονός ότι η επέκταση του Σύμπαντος επιταχύνεται δεν το αλλάζει αυτό. Μόλις φθάσει το φως από ένα μακρινό αντικείμενο, όσο το αντικείμενο συνεχίζει να εκπέμπει φωτόνια, η διαστολή του Σύμπαντος δεν μπορεί να τα σταματήσει από το να φτάσουν σε μας. Από αυτή την άποψη, κανείς γαλαξίας δεν έχει χαθεί από τα μάτια μας.

dark-energy

Η πραγματική, επιταχυνόμενη μοίρα μας, εμφανίζεται στην πάνω εικόνα. Παρόλο που η επέκταση του χώρου επιταχύνεται, το φως από τα πιο μακρινά αντικείμενα εξακολουθεί να φθάνει στα μάτια μας.

Αλλά το τι θα κάνει η διαστολή του Σύμπαντος, ειδικά από τη στιγμή που αυτή επιταχύνεται, είναι τα ακόλουθα δύο πράγματα:

  1. Σημαίνει ότι υπάρχει ένα όριο, στο μέλλον, για το πόσο μακριά μπορούμε ποτέ να δούμε μακρινά αντικείμενα.

  2. Σημαίνει ότι υπάρχει σήμερα ένα όριο και ότι το όριο μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου, μέχρι το πόσο μακριά μπορεί να είναι ένας γαλαξίας σήμερα και εξακολουθεί να μας στέλνει νέο φως.

Σήμερα, το πιο μακρινό σημείο που βλέπουμε είναι 46 δις έτη φωτός: το σημερινό όριο ορατότητας. Μπορούμε να υπολογίσουμε και το μελλοντικό όριο ορατότητας και έτσι βρίσκουμε ότι είναι περίπου 33% μεγαλύτερο από το σημερινό: 61 δισ. έτη φωτός μακριά. Με βάση τον τρόπο λειτουργίας των όγκων, αυτό σημαίνει ότι κάποια μέρα θα έχουμε συνολικά για να δούμε , περίπου, 4,7 τρισεκατομμύρια γαλαξίες, δεδομένου ότι θα έχει δοθεί αρκετός χρόνος, ώστε ένα εξαιρετικά μακρινό φως να έρθει σε μας κάποια μέρα. 

distancesΈχουμε πολλούς διαφορετικούς τρόπους, όπως μέσω της φωτεινότητας (L) ή των φαινομενικών / γωνιακών μεγεθών (R) της μέτρησης των αποστάσεων σε μακρινά αντικείμενα του Σύμπαντος. Μέσω αυτών των μεθόδων, μπορούμε επίσης να πούμε πώς το Σύμπαν διαστέλλεται με την πάροδο του χρόνου.

Αλλά αυτό είναι το φως που είχε ήδη φύγει δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Όταν κοιτάζουμε το μακρινό Σύμπαν, δεν κοιτάμε μόνο πίσω στο χρόνο, κοιτάζουμε συχνά τους γαλαξίες που έχουν ήδη σβήσει. Με αυτό, εννοούμε ότι το φως που εκπέμπουν σήμερα αυτοί οι γαλαξίες, 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, δεν θα φτάσει ποτέ σε μας. Βλέπετε, το Σύμπαν επεκτείνεται και η επέκταση επιταχύνεται. Ένας μακρινός γαλαξίας όχι μόνο φαίνεται να υποχωρεί από εμάς σήμερα καθώς ο ιστός του χώρου αλλοιώνεται, αλλά θα φαίνεται να υποχωρεί ολοένα γρηγορότερα με την πάροδο του χρόνου. Αυτή τη στιγμή, οι γαλαξίες πέρα από την απόσταση, περίπου, 15 έως 16 δισεκατομμύρια έτη φωτός από εμάς ήδη απομακρύνονται γρηγορότερα από την ταχύτητα του φωτός.

percent

Τα παρατηρήσιμα (κίτρινα) και προσπελάσιμα (ματζέντα) τμήματα του Σύμπαντος, που οφείλονται χάρη στην διαστολή του χώρου και των ενεργειακών συνιστωσών του Σύμπαντος.

Αυτό σημαίνει ότι ακόμα κι αν φεύγαμε σήμερα με ένα διαστημόπλοιο που κινήθηκε αυθαίρετα κοντά σε αυτό το τελικό όριο ταχύτητας, δεν θα μπορούσαμε ποτέ να φτάσουμε σε αυτούς τους γαλαξίες. Σημαίνει ότι το φως που παράγουμε σήμερα δεν μπορεί ποτέ να φτάσει σε αυτούς και το φως που παράγουν σήμερα δεν μπορεί ποτέ να φτάσει σε μας. Κάτω από αυτό το σκεπτικό:

  • Το 96,7% των γαλαξιών που παρατηρούμε σήμερα έχουν ήδη χαθεί.

  • Το 98,6% των γαλαξιών που θα παρατηρήσουμε ποτέ έχει ήδη χαθεί.

  • Και μόνο, περίπου 66 δισεκατομμύρια γαλαξίες εξακολουθούν να είναι προσβάσιμοι από εμάς σήμερα.

Με άλλα λόγια, στο μέλλον, θα έχουμε συνολικά 4,7 τρισεκατομμύρια γαλαξίες για να δούμε. Αλλά 4.634 τρισεκατομμύρια από αυτούς έχουν ήδη για πάντα χαθεί, ακόμη και με την ταχύτητα του φωτός. Και μένουν περίπου  66 δισ. γαλαξίες.

cosmic-origin

Καθώς το Σύμπαν διαστέλλεται, εξελίσσεται και επιταχύνεται, καμία πληροφορία δεν καταστρέφεται καθώς περνάει πάνω από τον ορίζοντα και οι πληροφορίες που αποτυπώνονται στον κοσμικό ορίζοντα ποτέ δεν εξαφανίζονται τελείως. Αλλά υπάρχει ένα κατώφλι αποκοπής στα όρια του πόσο μακριά μπορούμε να συνδεθούμε με τους γαλαξίες που βρίσκονται σήμερα σε κάποια απόσταση.

Αυτό είναι ένα πρόβλημα που θα επιδεινωθεί όσο περνάει ο καιρός! Αυτή τη στιγμή, εάν υποθέσουμε ότι κάθε ένας από τους 66 δισεκατομμύρια γαλαξίες έχει τόσα αστέρια όσο και ο Γαλαξίας  μας – 400 δισεκατομμύρια  περίπου – αυτό σημαίνει ότι υπάρχουν περίπου 60.000 αστέρια που εξαφανίζονται από μπροστά μας για κάθε δευτερόλεπτο που περνάει. Ή 300.000 αστέρια ακριβώς για τον χρόνο που σας πήρε για να διαβάσετε αυτήν την πρόταση. Και άλλα 200.000 με αυτήν. Θα είμαστε βεβαίως ακόμα σε θέση να δούμε το παλιό τους φως, πριν το Σύμπαν φτάσει στη σημερινή ηλικία του, αλλά κάθε νέο φως που δημιουργείται από αυτό το χρονικό σημείο προς τα εμπρός δεν θα φτάσει ποτέ σε μας. Και δεν έχει σημασία τι κάνουμε από αυτό το σημείο προς τα εμπρός, ποτέ δεν θα τους επηρεάσουμε περαιτέρω. distant-blobs

Η έρευνα GOODS-North, που παρουσιάζεται εδώ, περιέχει μερικούς από τους πιο μακρινούς γαλαξίες που παρατηρήθηκαν ποτέ, πολλοί από τους οποίους είναι ήδη χαμένοι από εμάς. Με το πέρασμα του χρόνου, ολοένα και περισσότεροι γαλαξίες θα υποφέρουν από αυτή την ίδια μοίρα, και θα αποσυνδέονται από μας.

Φυσικά υπάρχει ακόμα αρκετό Σύμπαν που έμεινε για εξερεύνηση. Μπορούμε ακόμα να δούμε τους πιο μακρινούς γαλαξίες, ακόμη και εκείνους που δεν μπορούμε πλέον να φτάσουμε, απλά κοιτάζοντας το παλιό, αρχαίο φως τους κατά την άφιξή τους. Αλλά με κάθε στιγμή που περνάει, όλο και λιγότερο από το Σύμπαν γίνεται προσιτό σε εμάς. Ακόμη και με την πολύ προηγμένη τεχνολογία, πάνω από το 98% όλων των γαλαξιών που θα δούμε ποτέ είναι ήδη πέρα ​​από μας. Και με κάθε χρόνο που περνάει, περίπου πέντε ολόκληροι γαλαξίες διασχίζουν αυτό το κατώφλι, ώστε να μην είναι πλέον προσβάσιμοι. Κάθε στιγμή από το Σύμπαν κάποια αντικείμενα είναι για πάντα εξαφανισμένα. Για κάθε στιγμή αδράνειας, εξαφανίζεται μια άλλη μακρινή ευκαιρία για την επαφή μαζί τους.

Πηγή

About the author

Δ.Μ.

Share