Univers observable

Image de Hubble champ ultra profond d'une petite région de l'univers observable, près de la constellation Fornax. La lumière de la plus petite, la plus redshift des galaxies est née il ya environ 13 milliards d'années.

Dans Big Bang la cosmologie , l'univers observable est la région de l'espace délimité par une sphère , centrée sur l'observateur, ce est assez petit pour que nous pourrions observer des objets en elle, ce est à dire il ya eu suffisamment de temps pour un signal émis par l'objet à tout temps après le Big Bang, et se déplaçant à la vitesse de la lumière, avoir atteint l'observateur par l'heure actuelle. Chaque poste a son propre univers observable qui peuvent ou peuvent ne pas se chevaucher avec celle centrée autour de la Terre .

Le mot observables utilisé dans ce sens n'a rien à voir avec le fait moderne technologie nous permet effectivement de détecter rayonnement d'un objet dans cette région. Cela signifie simplement qu'il est possible, en principe, pour le rayonnement de lumière ou un autre de l'objet de parvenir à un observateur terrestre. Dans la pratique, nous ne pouvons observer des objets aussi loin que le surface de dernière diffusion, devant laquelle l'univers est opaque aux photons . Cependant, il peut être possible d'en déduire des informations de temps avant ce grâce à la détection de ondes gravitationnelles qui se déplacent également à la vitesse de la lumière.

L'univers par rapport à l'univers observable

Les deux articles populaires et professionnels de recherche en cosmologie utilisent souvent le terme «univers» pour signifier «univers observable". Cela peut être justifiée par des raisons que nous ne pouvons jamais savoir quoi que ce soit par l'expérimentation directe à propos de ne importe quelle partie de l'univers qui est causalement déconnectée de nous, bien que de nombreuses théories crédibles, comme l'inflation cosmique exigent un univers beaucoup plus grand que l'univers observable. Ne existe aucune preuve pour suggérer que la limite de l'univers observable correspond précisément à la limite physique de l'univers (si une telle limite existe); ce est extrêmement peu probable en ce qu'elle implique que la Terre est exactement au centre de l'univers, en violation de la principe cosmologique. Il est probable que les galaxies dans notre univers visible ne représentent qu'une infime fraction des galaxies dans l'univers.

Il est également possible que l'univers est plus petite que l'univers observable. Dans ce cas, ce que nous considérons comme des galaxies très lointaines peuvent en fait être des images dupliquées des galaxies proches, formées par la lumière qui a fait le tour de l'univers. Il est difficile de tester cette hypothèse expérimentalement car les différentes images d'une galaxie se montrer différentes époques de son histoire, et par conséquent peut paraître tout à fait différente. Un document de 2004 prétend établir une limite inférieure de 24 giga parsecs (78 milliard années-lumière) sur le diamètre de l'univers, basées sur l'analyse matching-cercle de la WMAP.

Taille

Le comobiles distance de la Terre au bord de l'univers visible (également appelé horizon de lumière cosmique) est d'environ 14 milliards de parsecs (46 milliards d'années-lumière) dans ne importe quelle direction. Ceci définit une limite inférieure sur la comobile rayon de l'univers observable, mais, comme indiqué dans l'introduction, il est prévu que l'univers visible est un peu plus petite que l'univers observable puisque nous ne voyons que la lumière du rayonnement cosmique micro-ondes de fond qui a été émis après le moment de recombinaison, nous donnant sphérique surface de dernière diffusion (ondes gravitationnelles pourraient théoriquement nous permettre d'observer les événements qui ont eu lieu plus tôt que le temps de la recombinaison, de régions de l'espace en dehors de cette sphère). L'univers visible est donc une sphère avec un diamètre d'environ 28 milliards de parsecs (environ 92 milliards d'années-lumière). Puisque l'espace est à peu près plat , cette taille correspond à un volume d'environ comobile

soit environ 3 × 10 ⁸⁰ mètres cubes.

Les chiffres cités ci-dessus sont maintenant distances (en temps cosmologique), pas distances au moment où la lumière a été émise. Par exemple, le fond diffus cosmologique rayonnement que nous voyons en ce moment a été émis au moment de la recombinaison, 379000 années après le Big Bang, qui a eu lieu il ya environ 13,7 milliards d'années. Ce rayonnement a été émis par la matière qui a, dans l'intervalle, la plupart du temps condensé en galaxies, et ces galaxies sont maintenant calculée à environ 46 milliards d'années-lumière de nous. Pour estimer la distance à cette question au moment où la lumière a été émise, une modèle mathématique de l'expansion doit être choisi et la facteur d'échelle, a (t), calculé pour le temps sélectionné depuis le Big Bang, t. Pour la observationnellement favorisée Modèle Lambda-CDM, en utilisant les données de la WMAP satellite, un tel calcul donne un changement de facteur d'échelle d'environ 1292. Cela signifie que l'univers se est étendu à 1 292 fois la taille qu'il était quand les CMBR photons ont été libérés. Par conséquent, la question la plus lointaine qui est observable à l'heure actuelle, 46 milliards d'années-lumière, ne était que de 36 millions d'années-lumière de la matière qui allait devenir la Terre lorsque les micro-ondes, nous recevons actuellement ont été émises.

Les idées fausses

Beaucoup de sources secondaires ont rapporté une grande variété de chiffres incorrects pour la taille de l'univers visible. Certains d'entre eux sont énumérés ci-dessous.

• 13,7 milliards d'années-lumière. L' âge de l'univers est environ 13,7 milliards d'années. Se il est communément admis que rien ne circule plus vite que la lumière, ce est une idée fausse très répandue que le rayon de l'univers observable doit donc se élever à seulement 13,7 milliards d'années-lumière. Ce raisonnement n'a de sens que si l'univers est l'espace-temps plat de la relativité restreinte; dans l'univers réel, l'espace-temps est fortement courbé sur des échelles cosmologiques, ce qui signifie que 3-espace (qui est à peu près stable) est expansion, comme en témoigne la loi de Hubble . Distances obtenus que la vitesse de la lumière multipliée par un intervalle de temps cosmologique ne ont pas de signification physique directe.

• 15,8 milliards d'années-lumière. Ceci est obtenu de la même manière que le chiffre de 13,7 milliards d'années lumière, mais à partir d'un âge incorrecte de l'univers qui a été rapporté dans la presse populaire à la mi-2006. Pour une analyse de cette réclamation et le papier qui a poussé, reportez-vous.

• 27 milliards d'années-lumière. Ce est un diamètre obtenu à partir du rayon (incorrect) de 13,7 milliards d'années-lumière.

• 78 milliards d'années-lumière. Ce est une limite inférieure pour la taille de l'univers entier, basée sur la distance actuelle estimée entre les points que nous pouvons voir sur les côtés opposés de la radiation cosmique de fond , donc ce chiffre représente le diamètre de la sphère formée par le fond diffus cosmologique. Si l'univers entier est inférieur à cette sphère, puis la lumière a eu le temps de faire le tour depuis le big bang, produisant des images multiples de points éloignés dans le fond diffus cosmologique, qui apparaissent comme des motifs de cercles répétitifs. Cornish et al cherché un tel effet à des échelles allant jusqu'à 24 gigaparsecs (78 milliards d'années lumière) et ne ont pas réussi à le trouver, et a suggéré que se ils pouvaient étendre leur recherche à toutes les orientations possibles, ils seraient alors "être en mesure d'exclure la possibilité que nous vivons dans un univers plus petit que 24 Gpc de diamètre" . Les auteurs estiment également que du «bruit inférieur et supérieur cartes résolution de CMB (à partir Mission prolongée de WMAP et de Planck), nous serons en mesure de rechercher pour les petits cercles et d'étendre la limite de ~ 28 Gpc. "Cette estimation du diamètre maximum de la sphère de CMBR qui sera visible dans les expériences prévues correspond à un rayon de 14 gigaparsecs, le même nombre donnée dans la section précédente.

• 156000000000 années-lumière. Ce chiffre a été obtenu en doublant 78 milliards d'années-lumière de l'hypothèse que ce est un rayon. Depuis 78 milliards d'années-lumière est déjà un diamètre, le chiffre doublé est incorrect. Ce chiffre a été très largement rapporté.

• 180000000000 années-lumière. Cette estimation a accompagné l'estimation de l'âge de 15,8 milliards d'années certaines sources; il a été obtenu en ajoutant de manière incorrecte 15 pour cent à la figure incorrecte de 156 milliards d'années lumière.

teneur en matière

L'univers observable contient environ 3-7 × 10 ²² étoiles (30 à 70 Milliard Trillion étoiles), organisés dans plus de 80 milliards de galaxies , qui forment eux-mêmes grappes et superamas.

Deux back-of-the-enveloppe calculs donnent le nombre d' atomes dans l'univers observable pour être autour de 10 ^80.

1. Observations du fond diffus cosmologique de la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe suggèrent que la courbure spatiale de l'univers est très proche de zéro, ce qui dans les modèles cosmologiques actuels implique que la valeur de la paramètre de densité doit être très proche d'une certaine valeur critique. Ce montant correspond à 9,9 × 10 ^-27 kg / m ^3, ce qui serait égale à environ 5,9 atomes d'hydrogène par mètre cube. L'analyse des résultats de WMAP suggère que seulement environ 4,6% de la densité critique est sous la forme d'atomes normales, tandis que 23% est considérée comme étant réalisée en matière noire froide et 77% est considéré comme l'énergie sombre, donc cela laisse 0,27 atomes d'hydrogène / m ^3. En multipliant ce par le volume de l'univers visible, vous obtenez environ 8 × 10 ⁷⁹ atomes d'hydrogène.
2. Un typique étoiles a une masse d'environ 2 × 10 ³⁰ kg, qui est d'environ 1 × 10 ⁵⁷ atomes de l'hydrogène par étoile. Une galaxie typique a environ 400 milliards d'étoiles ce qui signifie que chaque galaxie a 1 × 10 ⁵⁷ × 4 × 10 × ¹¹ = 4 10 ⁶⁸ atomes d'hydrogène. Il ya peut-être 80 milliards de galaxies dans l'Univers, ce qui signifie qu'il ya environ 4 × 10 × ⁶⁸ × 10 8 ¹⁰ = 3 × 10 ⁷⁹ atomes d'hydrogène dans l'Univers observable. Mais ce est certainement un calcul de limite inférieure, et il ne tient pas compte de nombreuses sources d'atomes possibles.

Masse de l'univers observable

La masse de la matière dans l'univers observable peut être estimée sur la base de la densité et de la taille.

Estimation basée sur la densité mesurée stellaire

Une façon de calculer la masse de la matière visible qui constitue l'univers observable est d'assumer une masse solaire moyen et multipliez ce chiffre par une estimation du nombre d'étoiles dans l'univers observable. L'estimation du nombre d'étoiles dans l'univers est à son tour dérivé du volume de l'univers observable ( ) Et une densité stellaire calculé à partir des observations par le télescope spatial Hubble ( ) Qui donne une estimation du nombre d'étoiles dans l'univers observable (9 milliards Trillion étoiles). En supposant que la masse de Sol ( ) Que la masse solaire moyen (sur la base que la grande population de soldes étoiles naines sur la population d'étoiles dont la masse est supérieure à Sol) et arrondir l'estimation du nombre d'étoiles jusqu'à donne une masse totale de toutes les étoiles dans l'univers observable que . Toutefois, comme indiqué dans la section «matière contenu", les résultats de WMAP en combinaison avec les Modèle Lambda-CDM prédire que moins de 5% de la masse totale de l'univers observable est constituée de matière visible comme les étoiles, le reste étant constitué de la matière noire et l'énergie sombre.

Hoyle calcule la masse d'une observable univers état d'équilibre en utilisant la formule Ou .