Entfernen sich Galaxien schneller als zuvor von uns?

Die Rezessionsgeschwindigkeit$v$eines Objekts hängt von zwei Dingen ab: Erstens davon, wie weit ein Objekt in Bezug auf die richtige Entfernung entfernt ist$D$, und zweitens auf der Geschwindigkeit der Expansion des Universums als Funktion der kosmologischen Zeit$t$, was am besten als Hubble-Parameter ausgedrückt wird$H(t)$. Speziell:

Es ist erwähnenswert, dass diese Gleichung etwas vage ist, da sie lediglich die Definition der Rezessionsgeschwindigkeit darstellt, die nicht direkt gemessen werden kann.

Da die Rezessionsgeschwindigkeit nicht nur von einer Funktion abhängt$t$, sondern auch an$D$, könnte die Frage, ob sich Objekte schneller als je zuvor von uns entfernen, auf mehrere Arten beantwortet werden. Bevor ich mir die verschiedenen Möglichkeiten anschaue, wie wir Ihre Frage beantworten könnten, möchte ich einige Dinge anmerken. Zunächst einmal ist die Definition des Hubble-Parameters:

wo$a(t)$ist der Skalierungsfaktor, der beschreibt, wie sich die Skalierung des Universums ändert$t$, und$\dot{a}(t)$ist die erste Ableitung des Skalierungsfaktors in Bezug auf$t$. Aufgrund kosmologischer Beobachtungen soll das Universum dunkle Energie enthalten, die die Expansion des Universums beschleunigt. Gemeint ist damit der aktuelle Zeitpunkt$\ddot{a}(t) > 0$wo$\ddot{a}(t)$die zweite Ableitung des Skalierungsfaktors nach der Zeit ist.

Als erstes könnten wir uns Ihre Frage ansehen, indem wir fragen, ob derzeit Galaxien in einiger Entfernung sind$D_0$ziehen sich schneller zurück als andere Galaxien, die zuvor weit entfernt waren$D_0$.

Aus der Definition der Beschleunigung der Expansion und des Hubble-Parameters können wir ersehen, dass die Beschleunigung der Expansion nicht bedeutet, dass die Antwort auf diese Frage "Ja" ist, und tatsächlich, wenn wir annehmen, dass dunkle Energie die Form einer kosmologischen Konstante hat (ohne Berücksichtigung der kosmischen Inflation), und wir vertiefen uns in die Dynamik des Universums, bei der wir derzeit Galaxien finden$D_0$muss sich langsamer von uns entfernen als die Galaxien, die vorher waren$D_0$gingen zurück, als sie bei waren$D_0$. In diesem speziellen Sinne verlangsamt sich also die Expansion des Universums, obwohl wir sie normalerweise als beschleunigt beschreiben.

Die zweite Möglichkeit, Ihre Frage zu beantworten, besteht darin, zu fragen, ob die Rezessionsgeschwindigkeit einer bestimmten Galaxie jetzt größer ist als jemals zuvor in der Vergangenheit.

Die Antwort auf diese Frage ist schwieriger, da eine beschleunigte Expansion bedeutet, dass die Rezessionsgeschwindigkeit einer bestimmten Galaxie mit der Zeit zunimmt, aber die Expansionsrate des Universums in früheren Epochen verlangsamt wurde. Wenn wir jedoch dunkle Energie wieder als kosmologische Konstante betrachten, sehen wir, dass die Antwort darin besteht, dass Galaxien ihre höchsten Rückzugsgeschwindigkeiten zweimal erreichen: erstens beim Urknall und zweitens in der unendlichen Zukunft. Die Antwort auf diese Frage lautet also, dass sich Galaxien derzeit nicht schneller von uns entfernen als zu allen früheren Zeiten.

Die Rezessionsgeschwindigkeit unterscheidet sich von der besonderen Geschwindigkeit (dh der lokalen Geschwindigkeit in Bezug auf den CMB). Wir könnten die beiden addieren, um die „reale Geschwindigkeit“ zu finden, aber wie ich angemerkt habe, hat die Rezessionsgeschwindigkeit keine direkte physikalische Bedeutung, so dass es nicht einfach ist, was diese „reale Geschwindigkeit“ tatsächlich bedeutet.

Die Expansion ist homogen, während das Vakuum um ein Schwarzes Loch herum nicht homogen ist, daher ist das „Ansaugen“ eines Schwarzen Lochs in diesem Sinne nicht das Gegenteil von Expansion.