Berapa umur cahaya tertua yang terlihat dari Bumi?

Karena cahaya hanya dapat bergerak begitu cepat, semua cahaya yang kita lihat di langit dipancarkan pada saat sebelumnya. Jadi jika misalnya kita melihat supernova atau peristiwa bintang besar lainnya, pada saat kita melihatnya, mungkin sudah lama berlalu. Itu membuat saya agak penasaran, apa cahaya paling kuno yang bisa kita lihat dari bumi?

Alam semesta diperkirakan berumur 13 + miliar tahun, tetapi kita mungkin tidak berada di ujung jagat raya yang diketahui sehingga semua cahaya yang kita lihat mungkin berusia kurang dari 13 miliar tahun. Jadi apakah cahaya tertua yang bisa kita lihat? dan sebagai pertanyaan tindak lanjut opsional bagaimana kita mengetahui usia cahaya itu?

Saya kira cahaya itu sendiri mungkin sebenarnya bukan 'tua', tetapi mungkin jelas apa yang saya tanyakan di sini, dengan kata lain: berapa jarak terpanjang yang sekarang dipancarkan oleh cahaya tampak bumi untuk mencapai bumi? Meskipun begitu, pembaharuan pertanyaan itu menjadi semacam kusut dengan efek lensa.

Cahaya tertua di alam semesta adalah latar belakang gelombang mikro kosmik . Sekitar 380.000 tahun setelah Dentuman Besar, proton dan elektron "bergabung kembali" ¹ menjadi atom hidrogen. Sebelum ini, setiap foton yang tersebar dari elektron bebas di ruang pengisian plasma, dan alam semesta pada dasarnya buram terhadap cahaya. Namun begitu rekombinasi terjadi, foton dapat "memisahkan" dari elektron dan bergerak melalui ruang tanpa hambatan. Radiasi peninggalan ini masih dapat diamati sampai sekarang; telah di-redshift dan didinginkan.

Kita dapat mendeteksi cahaya dari objek yang sangat jauh, dan kita miliki. Lebih masuk akal untuk berbicara tentang jarak dalam hal pergeseran merah ; semakin besar pergeseran merah, semakin jauh suatu objek. Ada sejumlah objek pergeseran merah yang sangat tinggi, beberapa di antaranya telah dikonfirmasi ukurannya, dan yang lainnya tidak. Calon termasuk

• MACS0647-JD (pergeseran merah ), sebuah galaksi yang sangat jauh.$z=10.7^{+0.6}_{-0.4}$
• UDFj-39546284 (pergeseran merah dari ke ), galaksi lain atau protogalaxy (meskipun jaraknya tidak pasti, dan sifat pastinya diperdebatkan).$z=10$$z=12$
• GN-z11 (pergeseran merah ), galaksi jauh yang sangat bercahaya.$z=11.09^{+0.08}_{-0.12}$

Semua benda ini akan terbentuk beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang, jadi cahaya yang kita lihat dari mereka jauh lebih muda daripada latar belakang gelombang mikro kosmik.

^{1 Saya tidak pernah menyukai penggunaan dalam konteks ini, karena ini adalah pertama kalinya mereka digabungkan; "kembali" agak menyesatkan.}

Apa cahaya tertua yang bisa kita lihat?

Latar belakang gelombang mikro kosmik dianggap sebagai radiasi EM tertua yang dapat dideteksi oleh kita. Itu ada dalam spektrum gelombang mikro, jadi tidak bisa dilihat dengan mata telanjang tetapi dijemput oleh "teleskop radio". Kami menyebutnya "cahaya" dalam arti luas.

Salah satu aspek yang luar biasa tentang radiasi latar belakang ini adalah keseragamannya yang hampir mendekati segala arah. Astronom beralasan bahwa keseragaman itu terlalu kuat untuk sumber menjadi hal yang sangat besar seperti balon besar ... tetapi itu akan menjadi masalah jika semuanya benar-benar terpisah sejauh yang terlihat.

Jika itu benar-benar sebesar yang terlihat, itu akan memakan waktu dua kali usia alam semesta untuk satu sisi terpengaruh oleh sisi lain! Sebaliknya, para astronom percaya bahwa yang kita lihat adalah tubuh yang sangat kecil, yang telah menjadi lebih besar; itu sebabnya terlihat sama di setiap arah. Beberapa pertumbuhan disebut ekspansi metrik ruang dan memiliki arti yang berbeda dari pertumbuhan biasa.

Bagaimana kita tahu umur cahaya itu?

Usia cahaya latar belakang kosmik hanya dapat ditentukan secara tidak langsung , pertama dengan mengetahui berapa lama Big Bang terjadi, kemudian dengan mencari tahu kapan cahaya dipancarkan selama Big Bang.

Dengan membandingkan tingkat di mana segala sesuatu tampaknya menjadi lebih besar dengan seberapa besar segala sesuatu tampaknya, dengan cara yang sama Anda dapat memperkirakan berapa lama waktu yang diperlukan untuk berkendara ke tempat yang diberikan kecepatan jalan dan jarak, kami menghitung yang Konstan Hubble . Ini membantu kita menghitung berapa lama Big Bang terjadi.

Juga, ada "gelombang suara" tertentu ( osilasi akustik baryon ) di mana hal-hal lama yang kita lihat, termasuk latar belakang gelombang mikro kosmik, menjadi lebih terang dan redup dengan ritme, seperti pendulum jam. Mereka dapat diukur baik kiri-kanan (untuk memindahkan barang) atau dengan memantau video (untuk hal-hal yang tidak bergerak). Mengukur ritme ini dan membandingkannya dengan Konstan Hubble juga membantu untuk menghitung berapa lama Big Bang terjadi.

Akhirnya, latar belakang gelombang mikro memiliki kualitas fisik (seperti suhu dan kepadatan) yang memungkinkan kita untuk menentukan kapan ia dipancarkan selama ekspansi dan pendinginan Big Bang. Bersama-sama menggunakan semua perhitungan ini adalah bagaimana kita mengetahui usia cahaya latar belakang gelombang mikro kosmik.

Para astronom percaya bahwa perhitungan gabungan ini (disebut "LCDM", "Lambda-CDM", atau "Big Bang Kosmologi") sangat baik karena angka-angka yang berbeda berbaris, untuk sebagian besar * . Mereka senang melaporkan temuan yang lebih baik baru-baru ini pada tahun 2018 ketika sebuah penelitian yang disebut Survei Energi Gelap selesai. Namun demikian, karena LCDM mencakup asumsi tertentu yang mungkin tidak pernah divalidasi, dan karena masih ada beberapa perbedaan yang tidak dapat dijelaskan, kami tidak tahu apakah jenis perhitungan lain akan lebih baik, asalkan masih sesuai dengan pengukuran.

Bagaimana kita tahu bahwa ini adalah cahaya tertua?

Hanya dengan memikirkan kualitas fisik dari latar belakang gelombang mikro kosmik, dan memikirkan kapan selama Ledakan Besar itu pasti memancarkan cahayanya, para astronom mengidentifikasinya sebagai cahaya tertua yang mungkin ada di alam semesta, lebih tua daripada bintang atau galaksi manapun. Itu tidak memberi tahu kita berapa usia itu dengan sendirinya; Bahkan, para astronom selalu memastikan bahwa itu bukan hanya lapisan debu di teleskop!

Seberapa jauh latar belakang gelombang mikro kosmik?

Ini adalah pertanyaan yang sangat sulit dijawab. Menurut Big Bang Kosmologi, latar belakang gelombang mikro kosmik bukanlah "suatu tempat" tetapi sebaliknya ada di mana-mana. Dan jarak yang ditempuh sejak Big Bang berbeda dari waktu dikalikan dengan kecepatan cahaya, karena perluasan ruang metrik. Ini adalah hasil dari kontraksi panjang relativistik karena kecepatan di mana semuanya bergerak.

Apakah alam semesta yang diamati lebih muda dari alam semesta yang lebih besar, dengan asumsi bahwa itu ada?

Menghitung jumlah waktu dari Big Bang hingga sekarang memberikan hasil yang sama apakah Anda mempertimbangkan alam semesta yang dapat diamati atau alam semesta yang lebih besar yang mungkin ada. Itu sebabnya usia alam semesta "kita" sama dengan usia alam semesta "kita".

* Beberapa penelitian berbeda untuk menentukan konstanta Hubble telah memberikan jeda kosmologis ( tautan 1 , tautan 2 ); tergantung pada bagian mana dari alam semesta yang Anda lihat, mungkin mendekati 67 atau mungkin lebih dekat dengan 73 dalam unit standar.

Para ilmuwan telah menemukan sebuah galaksi, bernama GN-z11 (telah disebutkan oleh HDE 226868 ), yang ada hanya 400 juta tahun setelah Big Bang, atau sekitar 13,3 miliar tahun yang lalu:

Galaxy Terjauh Namun Menghancurkan Rekaman Jarak Kosmik

Penemuan bintang berusia 10 miliar tahun diumumkan minggu lalu:

Hubble spot bintang terjauh yang pernah dilihat

Berikut adalah daftar objek astronomi yang jauh di Wikipedia .

Anda telah membuat dua pertanyaan menggunakan semantik:

• "Berapa umur cahaya tertua yang terlihat dari Bumi?"

Dari jawaban @ Pela ke: Mengapa ada perbedaan antara horizon peristiwa kosmik dan zaman alam semesta? - Jadi dalam ~ 100M tahun cahaya yang paling jauh akan mencapai kita, dari lebih dari 116M tahun cahaya.

16 Gly bahwa jarak ke horizon peristiwa hari ini adalah semacam kebetulan. Ini tidak ada hubungannya dengan zaman Semesta. Ini hanya tergantung pada ekspansi Semesta yang akan datang, yang pada gilirannya tergantung pada kepadatan komponen Semesta (Ωb, ΩDM, ΩΛ, dll.). Jika Semesta telah didominasi oleh materi (atau radiasi), maka tidak akan ada horizon peristiwa: Tidak ada galaksi, sejauh ini tidak akan terlihat oleh kita, jika kita memiliki kesabaran untuk menunggu. Sebuah galaksi berjarak 10.000 miliar tahun cahaya? Tunggu saja cukup lama (persis berapa lama tergantung pada kepadatan sebenarnya).

Namun, Alam Semesta kita didominasi oleh energi gelap, yang mempercepat ekspansi tanpa batas. Sayangnya ini berarti bahwa cahaya yang keluar hari ini dari galaksi 17 Gly jauhnya akan terbawa oleh ekspansi lebih cepat daripada yang dapat terjadi pada kita. Sebaliknya, cahaya yang dipancarkan hari ini dari galaksi 15 Gly jauhnya akan bergerak ke arah kita, tetapi pada awalnya akan menjauh dari kita karena ekspansi. Namun, perjalanannya ke kami membuat laju ekspansi ini lebih kecil dan lebih kecil (karena laju ekspansi meningkat seiring jarak dari kami), dan setelah jangka waktu tertentu ia akan melakukan perjalanan sejauh itu telah mengatasi ekspansi dan mulai mengurangi jaraknya dari kami dan akhirnya mencapai kami setelah 100 Gyr atau lebih.

• "Saya kira cahaya itu sendiri mungkin sebenarnya bukan 'tua', tetapi mungkin jelas apa yang saya tanyakan di sini, dengan kata lain: berapa jarak terpanjang yang sekarang dipancarkan cahaya tampak bumi untuk mencapai bumi? Meskipun reformasi itu pertanyaan menjadi agak kusut dengan efek lensa? "

Ya, itu pertanyaan yang sangat berbeda ...

Lihat salah satu makalah yang paling awal: " Memperluas Kebingungan: Kesalahpahaman Umum tentang Cakrawala Kosmologis dan Ekspansi Superluminal Alam Semesta " oleh Davis dan Lineweaver (2003).

Karya-karya baru:

" Masa Lalu Kausal yang Dibagikan dan Masa Depan dari Acara Kosmologis ", oleh Friedman, Kaiser, dan Gallicchio (2013).

" Kesimpulan: ... Sementara kepadatan spasial yang dapat diamati dari galaksi, cluster, dan dengan demikian quasar dianggap mencerminkan korelasi yang dibentuk selama inflasi, itu tetap menjadi pertanyaan terbuka apakah peristiwa era inflasi terjadi di lokasi comoving tertentu - di mana galaksi tuan rumah quasar kemudian terbentuk - dapat menghasilkan sinyal korelasi yang dapat diamati antara pasangan peristiwa emisi quasar akhirnya di lokasi yang sama miliaran tahun setelah gangguan kepadatan inflasi dicetak.

Sebagai penutup, kami mencatat bahwa semua kesimpulan kami didasarkan pada asumsi bahwa sejarah ekspansi alam semesta yang dapat diamati, setidaknya sejak akhir inflasi, dapat secara akurat dijelaskan oleh relativitas umum kanonik dan FLRW non-compact yang terkoneksi secara sederhana. metrik. Asumsi-asumsi ini konsisten dengan pencarian empiris terbaru untuk topologi non-sepele, yang tidak menemukan sinyal topologi kompak yang dapat diamati untuk domain fundamental hingga ukuran permukaan hamburan terakhir.

Ara. 1. Diagram konformal yang menunjukkan jarak , dalam Glyr, versus waktu konformal, dalam Gyr, untuk kasus di mana peristiwa A dan B muncul pada sisi berlawanan dari langit seperti yang terlihat dari Bumi (α = 180 °). Pengamat duduk di Bumi pada pada waktu konformal saat ini . Cahaya dipancarkan dari A at ( ) dan dari B at ( ); kedua sinyal mencapai Bumi di sepanjang lightcone masa lalu di ( ). Lightcone diarahkan masa lalu dari peristiwa emisi (merah dan biru untuk A dan B, masing-masing) berpotongan di ( ) dan tumpang tindih untuk (wilayah ungu). Untuk pergeseran merah$R_0χ$$R_0τ /c$$χ = 0$$τ = τ0$$χA, τA$$χB, τB$$0,_{τ0}$$χAB, τAB$$0 < τ < τAB$$z_A = 1$dan dan kosmologi ΛCDM datar dengan parameter yang diberikan dalam Persamaan. (11), kejadiannya terletak pada jarak Glyr dan Glyr, dengan emisi pada waktu yang sesuai Gyr dan Gyr. Lightcones masa lalu berpotongan di acara AB di Glyr pada saat Gyr, sedangkan waktu sekarang adalah Gyr$z_B = 3$$R_{0χA} = 11.11$$R_{0χB} = 21.25$$R_{0τA}/c = 35.09$$R_{0τB}/c = 24.95$$R_{0χAB} = 10.14$$R_{0τAB}/c = 13.84$$R_{0τ0}/c = 46.20$. Juga ditunjukkan adalah horizon peristiwa kosmik (garis yang memisahkan daerah kuning dan abu-abu) dan lightcone yang diarahkan di masa depan dari peristiwa A dan B (garis putus-putus tipis) dan dari titik asal (0,0) (garis putus-putus tebal). Dalam kosmologi ΛCDM seperti kita, peristiwa di wilayah kuning di luar lightcone masa lalu kita seperti ruang terpisah dari kita hari ini tetapi akan dapat diamati di masa depan, sementara peristiwa di wilayah abu-abu di luar cakrawala peristiwa seperti ruang terpisah dari pengamat di Bumi selamanya. Timbangan tambahan menunjukkan pergeseran merah (sumbu horizontal atas) dan waktu yang diukur dengan faktor skala, , dan dengan waktu yang tepat, , (sumbu vertikal kanan) yang diukur oleh pengamat saat diam di lokasi tetap yang bergerak.$a(τ)$$t$

Juga lihat: " cakrawala kausal di alam semesta yang memantul ", oleh Bhattacharya, Bari, dan Chakraborty (2017):

" Kesimpulan: Karya ini menunjukkan bahwa masalah kausalitas dalam memantulkan alam semesta secara intrinsik terkait dengan pemahaman tentang berbagai fase alam semesta selama fase kontraksi. Karena pemahaman kita tentang fase kontraksi adalah murni spekulatif saat ini, model yang kita gunakan untuk menggambarkan keluar sifat cakrawala partikel tetap lebih sederhana.Para penulis saat ini percaya bahwa meskipun masalah kausalitas dalam memantul model semesta masih jauh dari terpecahkan, artikel ini menunjukkan kesulitan kualitatif dan kuantitatif yang harus dilewati seseorang di masa depan untuk menghasilkan hasil yang lebih bermakna. . "

Jawaban singkat: Ini adalah 46,9B tahun cahaya . Halaman Wikipedia lain mengatakan: 46,6B tahun cahaya . Para ahli di atas menghitung 46.2.

Artikel 2 April 2018 ini, CNN mengatakan:

Para ilmuwan mendeteksi 'sidik jari' cahaya pertama di alam semesta "

Setelah Big Bang, fisikawan percaya hanya ada kegelapan di alam semesta selama sekitar 180 juta tahun, periode yang dikenal oleh para ilmuwan sebagai "Abad Kegelapan" kosmik.

Jadi saya pikir jawaban Anda mungkin bahwa Big Bang + 180 juta tahun adalah cahaya tertua yang bisa kita lihat.