Die beschleunigte Ausdehnung des Weltraums bedeutet, dass sich der Raum zwischen uns und weit entfernten Galaxien schneller ausdehnt, als Licht durch den Weltraum reisen kann. Es gibt einen möglichen Beobachtungshorizont, jenseits dessen Galaxien von uns verschwinden.
Mit welcher Rate verschwinden Galaxien oder ein anderes Maß für Masse/Energie mit der gegenwärtigen Rate hinter diesem Horizont? Werden zukünftige Teleskope tatsächlich sehen, wie sich Galaxien rot in Vergessenheit versetzen? Ich kann mir vorstellen, dass es in diesem Zusammenhang Probleme mit den Definitionen von "wann" und "wo" gibt. Die Antworten sollten versuchen anzusprechen, wie sie damit umgehen.
Da sich der Radius des beobachtbaren Universums mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt, sagt mir meine Intuition, dass es einen Zeitpunkt gegeben haben sollte, an dem die Ausdehnung des Weltraums die Ankunft von Licht aus weiter entfernten Teilen des Weltraums ausgeglichen hat. wenn ja, wann ist das passiert?
Diese Frage ist schwierig zu beantworten, da sie einige falsche und ungenaue Annahmen enthält. Die Kurzversion lautet: Ich weiß nicht, mit welcher Geschwindigkeit Dinge derzeit den kosmischen Ereignishorizont überqueren. Aber zukünftige Teleskope werden nicht sehen, wie sich diese Galaxien in Vergessenheit verwandeln, weil dies buchstäblich in unendlich ferner Zukunft geschehen wird. Die kosmologische Rotverschiebung entspricht der relativistischen Zeitdilatation; Ereignisse, die aus unserer Sicht rotverschoben sind, spielen sich auch langsamer ab, und eine unendliche Rotverschiebung bedeutet, dass sie vollständig zum Stillstand kommen.
Es ist auch nicht richtig, dass sich der Radius des beobachtbaren Universums mit Lichtgeschwindigkeit ausdehnt. Es gibt zwei verschiedene Radien, die Kandidaten für den Titel „Grenze des beobachtbaren Universums“ sein könnten; Sie sind sehr unterschiedlich, aber beide dehnen sich schneller als Licht aus.
Ihre Intuition hat jedoch Recht, dass sich die Entfernung, in der sich Galaxien mit genau Lichtgeschwindigkeit von uns entfernen – die sogenannte Hubble-Sphäre – vergrößert hat und sich uns seitdem wieder nähert. Sie erreichte ihr Maximum, als die kosmische Expansion von einer Verlangsamung zu einer Beschleunigung überging, als das Universum etwa halb so alt war wie heute. Die Hubble-Sphäre ist jedoch nicht die Grenze von irgendetwas.
Einer der beiden Horizonte, den Sie am Anfang Ihrer Frage im Sinn zu haben scheinen, ist der Ereignishorizont . Dies ist die derzeitige Entfernung, über die hinaus Licht, das zu dieser kosmologischen Zeit ausgestrahlt wird, niemals die Chance haben wird, uns zu erreichen. Dieser Horizont entfernt sich in angemessener Entfernung von uns, und da er sich außerhalb der Hubble-Sphäre befindet, entfernen sich diese Regionen des Weltraums tatsächlich schneller als das Licht von uns. In gleichlaufenden Koordinaten nähert sich der Ereignishorizontuns. Co-Moving Coordinates ist ein Koordinatensystem, das sich mit der Expansion des Universums ausdehnt, sodass eine Galaxie, die von nichts anderem als der kosmischen Expansion beeinflusst wird, zeitlich konstante Koordinaten hat. Da sich die kosmologische Expansion beschleunigt, wird es für Licht in einer festen, sich mitbewegenden Entfernung immer schwieriger, uns zu erreichen, bis es unmöglich wird und die Galaxie sich ins Unendliche rot verschiebt. Dies ist gleichbedeutend mit der Aussage, dass sich der Ereignishorizont in sich mitbewegenden Koordinaten nach innen an dieser Galaxie vorbei bewegt hat. In den richtigen Koordinaten läuft es darauf hinaus, dass die Galaxie den Ereignishorizont überholt. Unsere liegt übrigens derzeit bei einer Rotverschiebung von etwa 2, etwa 18 Milliarden Lichtjahre entfernt. Das Licht, das wir aus dieser Entfernung empfangen, ist jetzt nur noch leicht rotverschoben,
Es gibt jedoch auch einen anderen Horizont, der sich unendlich erweitert, auch in mitbewegten Koordinaten. Das ist die aktuelle Entfernung, in der uns das Licht, das zum Zeitpunkt des Urknalls ausgestrahlt wurde, gerade jetzt erreicht. Bei gleichlaufenden Koordinaten dehnt sich dieser Horizont immer langsamer aus, weshalb der CMB immer mehr rotverschoben wird. Objekte, die sich derzeit auf dem Partikelhorizont befinden, sind seit langem außerhalb unseres Ereignishorizonts – wir können immer nur den Anfang ihrer Geschichte sehen, bevor sie in Vergessenheit geraten. Und die Objekte, die sich in unseren Partikelhorizont verschieben, werden uns noch weniger von ihrer Geschichte zeigen, bevor sie den Ereignishorizont endgültig verlassen haben (ja, die Sprache wird haarig, wenn man von relativistischer Zeit spricht).
Es ist also schwer zu sagen, was die Grenze des beobachtbaren Universums ist, es ist einfach nicht gut definiert. Der Ereignishorizont ist immer in angemessener Entfernung gewachsen, aber in gemeinsamer Entfernung geschrumpft. Der Partikelhorizont ist immer gewachsen, sowohl in der Bewegung als auch in der richtigen Entfernung. Der Ereignishorizont hat sich schon immer schneller als das Licht ausgedehnt und wird es immer tun. Der Teilchenhorizont begann langsamer, überholte aber sehr bald die Lichtgeschwindigkeit in der Expansionsgeschwindigkeit.
Interessanterweise sind alle Objekte mit einer Rotverschiebung höher als verschwinden nicht nur schneller als das Licht, sondern waren es schon immer! Doch wir beobachten sie ohne Mühe.
Andrej Lebedenko