Wie weit entfernt waren die am weitesten entfernten derzeit beobachtbaren kosmischen Ereignisse, als ihre derzeit beobachtete Strahlung emittiert wurde?

(Aus Gründen der Übersichtlichkeit bearbeitet. Danke an James K und Connor Garcia.)

Diese Frage nach den am weitesten entfernten, beobachtbaren kosmischen Objekten ließ mich fragen, ob wir die Entfernung kennen, die zu der Zeit (vor 13,4 Milliarden Jahren, in dem verlinkten Beispiel) zwischen uns und ihnen lag, von der anfänglichen Emission des Lichts, das wir können jetzt guck.

(Antwort: Danke an Connor Garcia für den Hinweis, dass die Antwort von 2,66 Milliarden Lichtjahren in den Notizen der Wikipedia-Seite der Galaxie (GN-z11, derzeit die älteste und am weitesten entfernte bekannte Galaxie im beobachtbaren Universum) stand, die ich in meiner eigenen Frage verlinkt. Ich kann mich immer darauf verlassen, dass Stack-Exchange-Benutzer hilfreich darauf hinweisen, dass die Antwort, nach der ich gesucht habe, nur ein bisschen mehr Aufwand entfernt war, lol. Aber im Ernst, danke für die Hilfe, Connor.)

Ich kann verstehen, wie die Expansion dazu geführt hat, dass sie eine aktuelle Entfernung von mehr als 30 Milliarden Lichtjahren von uns zurückgelegt haben (oder ich kann zumindest verstehen, dass die Entfernung größer ist, als das Licht in 14 Milliarden Jahren zurücklegen könnte), aber ich konnte es nicht um eine Aussage über ihre Entfernung von uns zu finden, als sie ursprünglich das Licht ausstrahlten, das wir heute sehen.

Kann mir jemand einen Einblick geben, wie nahe diese 13,4 Milliarden Jahre alte Galaxie war, als sie das Licht ausstrahlte, das wir heute sehen?

Ist es so einfach, dass die Galaxie zum vorgeschlagenen Zeitpunkt von 400 Millionen Jahren nach dem Urknall 13,4 Milliarden Lichtjahre entfernt ist ? Und wenn ja, hat sich der Weltraum in nur 400 Millionen Jahren wirklich so schnell ausgedehnt, dass Objekte 13,4 Milliarden Lichtjahre voneinander entfernt sein könnten (und einige viel weiter, wage ich anzunehmen)?

„Inflation“ wird von Kosmologen als Fachbegriff verwendet und ist hier nicht korrekt. Sie sollten es wahrscheinlich durch "expansion" ersetzen, um Komplikationen zu vermeiden.
Die Antwort finden Sie in der Notiz auf der von Ihnen verlinkten Wiki-Seite (Hervorhebung von mir hinzugefügt): "Die Entfernung von 2,66 Milliarden Lichtjahren zwischen GN-z11 und der Milchstraße zum Zeitpunkt der Emission des Lichts erhöhte sich um den Faktor von (z+1)=12,1 bis zu einer Entfernung von 32,2 Milliarden Lichtjahren während der 13,4 Milliarden Jahre, die das Licht gebraucht hat, um uns zu erreichen.
Ich denke jedoch, dass eine ausgezeichnete Antwort noch möglich ist, die erklären würde, wie die Zahl "2,66 Milliarden Lichtjahre" erhalten werden kann.
@ConnorGarcia danke! Ich hatte nicht daran gedacht, nach Notizen zu suchen. Mich würde eine Erklärung interessieren, aber mich interessierten in erster Linie nur ungefähre Zahlen, weil ich dachte, die Entfernung zu ihnen zum Zeitpunkt ihrer Emission sei vielleicht nur die "Lichtreisedistanz" von 13,4 Milliarden Jahren im Beispiel von GN- z11.
Danke für die Klarstellung @JamesK, ich habe meine Frage bearbeitet, um sie widerzuspiegeln.
Wie wäre es mit dem CMB? Das kommt derzeit aus einer Sphäre mit einem Radius von 46 Milliarden Lichtjahren, aber es liegt bei einem z von ~1100.
Übrigens, es gibt kein Problem damit, dass Objekte im frühen Universum große Entfernungen voneinander entfernt sind. Siehe physical.stackexchange.com/q/136860/123208

Antworten (1)

tl;dr Nein, so einfach ist es leider nicht.

Kosmologische Entfernungen

Die mitbewegte Entfernung zu einem Objekt, bei dem eine Rotverschiebung beobachtet wird z – also die Koordinaten, die sich mit dem Universum ausdehnen – wird durch Integration der Friedmann-Gleichung unter Annahme einiger Werte berechnet † für die Expansionsrate H 0 und die Dichteparameter { Ω R , Ω M , Ω k , Ω Λ } (Strahlung, Materie, Krümmung und dunkle Energie):

D C Ö M ( z ) = C H 0 ∫ 0 z D z Ω R ( 1 + z ) 4 + Ω M ( 1 + z ) 3 + Ω k ( 1 + z ) 2 + Ω Λ ,
Wo C ist die Lichtgeschwindigkeit.

Im Allgemeinen hat diese Gleichung keine analytische Lösung, sondern muss numerisch gelöst werden. Normalerweise verwende ich dafür das Astropy-Modul von Python .

Per Definition die physische Distanz D P H j S entspricht heute der Comovering-Distanz . Da sich die Rotverschiebung linear mit dem Skalierungsfaktor entwickelt A , und da A definiert ist 1 Heute beobachtet man, dass ein Objekt eine Rotverschiebung hat z bedeutet, dass das Licht, das wir sehen, wann emittiert wurde A gleich war 1 / ( 1 + z ) . Zum Beispiel eine Galaxie, die etwas Licht emittiert hat, als das Universum ein Viertel seiner derzeitigen Größe war (so dass A War 0,25 ) hätte eine Rotverschiebung z = 1 / A − 1 = 3 .

Mit anderen Worten, die Entfernung zu einem Objekt bei Rotverschiebung z als sie das Licht aussandte, das wir sehen, ist um einen Faktor (1+z) kleiner als heute (wenn man die relativ kleinen Eigengeschwindigkeiten der Galaxien außer Acht lässt).

Die am weitesten entfernte Galaxie

Der aktuelle Galaxy Redshift-Rekordhalter ist, wie Sie sagen, GN-z11 mit z = 11.1 ( Oesch et al. 2016 ). Das Lösen der obigen Gleichung ergibt eine aktuelle Entfernung von

D P H j S , N Ö w = 32.2 G l j R ,
(ein Glyr ist eine Milliarde Lichtjahre), und daher war die Entfernung zwischen GN-z11 und der Milchstraße etwa 400 Myr nach dem Urknall, als sie ihr Licht ausstrahlte
D P H j S , T H e N = 32.2 G l j R 1 + 11.1 = 2.66 G l j R .

Als kleine Kuriosität kann ich Ihnen mitteilen, dass GN-z11 mit einer Geschwindigkeit von ca 4 C als sie ihr Licht ausstrahlte, während sie heute "nur" zurücktritt 2.2 C . Und ja, das ist erlaubt .

Der kosmische Mikrowellenhintergrund

Es gibt vielleicht einige Galaxien mit höherer Rotverschiebung, aber sie wurden nicht spektroskopisch bestätigt. Aber abhängig von Ihrer Definition von "Ereignis", könnten Sie argumentieren, dass der kosmische Mikrowellenhintergrund mit z ≃ 1100 ist die größte Distanz. Die aktuelle Entfernung des Gases, das das beobachtete CMB emittiert hat 45.4 G l j R (sehr nahe am Rand des beobachtbaren Universums bei 46.3 G l j R ). Daher war dieses Gas nur 42 M l j R ( Millionen Lichtjahre), als er kurz nach dem Urknall sein Licht abgab.

† Grob, H 0 ≃ 70 k M S − 1 M P C − 1 , Und { Ω R , Ω M , Ω k , Ω Λ } ≃ { < 10 − 4 , 0,3 , 0 , 0,7 }

Danke. Dies verdeutlichte die 2,66-Glyr-Antwort perfekt. Je mehr ich mich ein wenig mit diesen astronomischen Themen auseinandersetze, desto mehr Respekt habe ich vor euch Physikern und Mathematikern. Die Tatsache, dass wir erst vor 150 Jahren mit dem Fotografieren von Sternen begonnen haben und von der Spekulation des Universums abgesprungen sind, ist vielleicht 100.000 Lichtjahre breit, bis nur das beobachtbare Universum einen Durchmesser von 126 MILLIARDEN Lichtjahren erreicht (wenn ich den letzten Absatz Ihres verlinkten Beitrags richtig lese). , macht mich hoffnungsvoll für unsere Zukunft, wenn wir unseren Kindern mehr kritisches Denken, Demut und Staunen über diese Existenz beibringen können.
Mir ist gerade aufgefallen, dass mich die von Ihnen erwähnte "kleine Kuriosität" zu der Frage zwingt, wie GN-z11 so früh bereits 4c von uns entfernt sein konnte? War die Bewegungsdistanz immer noch ungefähr die gleiche wie heute und die Raummetrik hat sich damals nur mit einer größeren Rate ausgedehnt? Oder hat es mit Inflation zu tun, die immer noch vom theoretisierten Ursprung des Universums herrührt? (Jetzt, wo ich das schreibe, stelle ich auch fest, dass ich sehr unklar bin, wie sich die Inflation durch den Urknall von der kosmologischen Expansion unterscheidet, wenn Sie zufällig eine einfache Erklärung haben).
@Glycoversi Ich stimme zu, die Geschwindigkeit, mit der sich nicht nur unsere Technologie, sondern auch unser Bewusstsein beschleunigt, ist fantastisch. Ein paar Anmerkungen von hinten: Der 126 Glyr, den du erwähnst, ist ein bisschen zu viel; Der Radius beträgt ~46 Glyr, also ~92 Glyr im Durchmesser. Die Distanz zwischen Galaxien, die sich mitbewegt, ist zu jeder Zeit gleich (mit Ausnahme einer kleinen "eigentümlichen" oder "echten" Bewegung); das ist die Definition von sich bewegenden Koordinaten. Aber ja, der Weltraum hat sich in der Vergangenheit schneller ausgedehnt, aber aufgrund der gegenseitigen Anziehung aller Materie verlangsamt und später aufgrund der dunklen Energie beschleunigt. Inflation ist ähnlich, hatte aber (wahrscheinlich) eine andere…
…Ursprung, war viel viel schneller und dauerte nur, bis das Universum etwas war 10 − 33 Sekunden alt. Ich habe jedoch keine einfache Erklärung, da die Inflation zu weit von meiner Komfortzone entfernt ist, aber normalerweise wird angenommen, dass der Mechanismus, der die Inflation antreibt, ein anderes Gebiet als das der dunklen Energie ist.
Wie weit entfernt waren die am weitesten entfernten derzeit beobachtbaren kosmischen Ereignisse, als ihre derzeit beobachtete Strahlung emittiert wurde?
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