Uzaq galaktikalarnı ne içün keçmişteki alında köremiz?

Uzaq galaktikanıñ fotosı bugün çekilgen ola bile, amma onıñ ışığı bizge doğru Yer doğmadan çoq evel yola çıqqandır. Teleskop tarihni keriye çevirmey. O, uzun vaqıt yolda olğan haberni ala.

Uzaq galaktikalarnı keçmişteki alında köremiz, çünki ışıqnıñ hızı sıñırlıdır: teleskopqa evel çıqqan fotonlar kele. Resimni aluv ve galaktikadaki vaqia başka vaqıtlarda ola. Kosmologik miqyaslarda bu keçikme Kâinatnıñ keñişlemesi esapqa alınaraq esaplana. NASA: teleskop keçmişni nasıl köre, Hogg: keçmişke baquv vaqıtı.

Işıq haberlerni keçikip ketire

Adetiy baquvda bile keçikme bar: ışıq oda arqalı keçmek içün vaqıt talap ete. Künlük mesafelerde o, sezmeycegimiz qadar kiçiktir. Vakuumda ışıq saniyesine 299 792 458 metr hıznen areket ete; bu, metr tarifinde belgilengen tam miqdardır. BIPM: metr ve ışıq hızı.

Kosmik mesafeler keçikmeni sezilir yapa. Aydan qaytqan ışıq Yerge taqriben 1,3 saniyede yete, şunıñ içün Aynı biraz evelki alında köremiz. Bu, ışıqnıñ ilk menbasından bütün yolu degil, soñki Ay–Yer parçasıdır. NASA: Ay misali.

Bunı signalı keçikip kelgen canlı yayımla beñzetmek mümkün. Vaqia artıq oldı, amma haber daa yolda. Beñzetüv malümatnıñ taşınmasını añlata; kosmik ışıq içün kamera, yazuv ya da yayımlav qullesi kerek degil.

Dal · Sade esapİhtiyariy · bu qısmını keçmek mümkün

Küneş mesafesi içün sekiz daqqa qaydan çıqa

Vakuumda $d$ uzunlığındaki tüz yol içün, menba ve alıcını areketsiz dep alıp, cazibe ya da keñişlemeniñ müim tesirlerini esapqa almağanda:

t\approx\frac{d}{c}.

Mında $t$ — yayılma vaqıtı, $c$ — ışıq hızıdır. Bir astronomik birim, yani tam 149 597 870 700 m yol alayıq. Bu, orta Yer–Küneş mesafesine yaqın uzunlıq birimi, cisimlerniñ yüzleri arasındaki bugünkü tam mesafe degil. JPL: astronomik birim tarifi.

$299\,792\,458$ m/s-ge bölsek, taqriben 499 saniye, ya da 8 daqqa 19 saniye çıqa. Metrni saniyesine metrge bölsek saniye qala. Bu, saylanğan yolnı keçüv vaqıtı, enerji Küneş içinden yüzüne taşınğan vaqıt degil. Yol eki qat uzarsa, vaqıt yalnız bu modelde eki qat arta.

Foto tarihi onıñ üstündeki vaqianıñ tarihi degil

Işıq yılı — yaş birimi degil, ışıq bir yılda keçken mesafedir. Sade areketsiz modelde on ışıq yılı uzaqtaki menbanı on yıllıq keçikmenen köremiz. Bu, menbanıñ özü on yaşında demek degil.

Yaqın Andromeda galaktikası içün taqriben 2,5 million ışıq yılı yuvarlatılğan mesafe keçmişke taqriben 2,5 million yıl baquvğa uyğun kele; bu añlatma içün kosmologik keñişleme müim tüzeltme degil. Galaktika bu vaqıt boyunca deñişken ola bile, amma yañıraq ışığı daa yetişmedi. NASA: yaqın yıldızlardan Andromedağa.

Nurlanuvnen aluv arasındaki müddet keçmişke baquv vaqıtı, ya da lookback time dep atala. «Galaktikanı nasıl köremiz?» suali nurlanuv vaqıtına aittir; «o şimdi nasıl?» suali ise soñraki evrim aqqında ayrı çıqarım talap ete. Bugünkü fotonıñ özü onıñ şimdiki alına doğrudan yol bermey.

Büyük miqyaslarda ışıq uçqanda mesafe deñişe

Uzaq kosmologik galaktikalar içün körüniş areketsiz cetvelden daa mürrekkeptir. Kâinat keñişley: umumiy keñişlemege uyğan cisimler arasındaki mesafeler kosmik vaqıtnen deñişe. Nurlanuvnen aluv arasındaki milliardlarca yılda feza miqyası müim derecede öse bile.

Şunıñ içün ışıqnıñ yolculıq vaqıtını ve bugünkü kosmik vaqıt kesiminde galaktikağa mesafeni ayırmaq kerek. Yolculıq vaqıtını ışıq hızına çoğaltsaq uzunlıq alırmız; bu, ışıqnıñ yolculıq mesafesi dep atala ve umumiy alda bugünkü mesafege teñ degil. Bu, ışıq yerli olaraq öz hızını aştı demek degil. Deñişken fezada başqa fizikiy miqdarlar qıyaslana. Hogg: kosmologik mesafeler, 1, 4 ve 10 bölümler.

Aşağıdaki ögretici kosmologik misalde vaqıt taqriben 7,7 milliard yıl, bugünkü mesafe ise taqriben 10,8 milliard ışıq yılıdır. Bu, açıq belgilengen model ve kosmologik qızılğa tayuvı $z=1$ olğan hayaliy menba içün esaptır; belli bir galaktikanıñ ölçevi ya da Kâinat parametrleriniñ yañı eñ tam tayini degil.

Bir model signalı — üç ayrı miqdar

Ögretici misal: kosmologik z=1, tegiz model, H₀=70 km/(s·Mpc), Ωm=0,3, ΩΛ=0,7; nurlanuv ve yerli areketler esapqa alınmadı. Miqdarlar esaplanıp yuvarlatıldı, belli bir galaktikanıñ ölçevi degil.

Keçmişke baquv vaqıtı: 7,7milliard yıl
Nurlanuvnen alınuv arasında keçken kosmik vaqıt.
Vaqıt × ışıq hızınıñ çarpımı: 7,7milliard ışıq yılı
Yolculıq vaqıtı × c uzunlığı. Bu, galaktikağa «bugünkü» mesafe degil.
Bugünkü vaqıt kesimindeki mesafe: 10,8milliard ışıq yılı
Saylanğan modelde keñişlemege uyğan cisimge bugünkü öz mesafe.

Teñ paneller miqyaslı uzunlıqlar ya da areket kadrları degil. Tariflerni ve birimlerni qıyaslañız: bir miqdar vaqıt, ekisi uzunlıq. Farqlı birimlerde 7,7 sayıları bir kelgeninen bugünkü mesafe yolculıq vaqıtı × c-ge teñ olmay.

Şemadaki eki aynı «7,7» sayısınıñ birimleri farqlıdır: yıllar vaqıtnı, ışıq yılları uzunlıqnı bildire. «10,8» ise mesafeniñ başka tarifine uyğundır. Şunıñ içün «10,8 milliard ışıq yılı uzaqta» sözlerini avtomatik olaraq «ışıq 10,8 milliard yıl uçtı» dep yazmaq olmaz.

Dal · Kosmologik esapİhtiyariy · bu qısmını keçmek mümkün

Vaqıt ve bugünkü mesafe ne içün ayrı sayılar bere

Madde ve kosmologik daimiyisi olğan, fezaviy tegiz ve bircınıslı model alayıq: $H_0=70$ km/(s·Mpc), $\Omega_m=0{,}3$ , $\Omega_\Lambda=0{,}7$ . $H_0$ bugünkü keñişleme tempini belgiley, Mpc megaparsek demek, eki $\Omega$ ise madde ve kosmologik daimiy sıqlıqlarınıñ bugünkü kritik sıqlıqqa nisbeten ölçüsiz paylarıdır. Nurlanuvnı, galaktikanıñ yerli areketini ve bircınıslı olmağanlıqlarnı esapqa almayıq. $z=1$ içün bu, faydalı sadeleştirilgen misal, Kâinatnıñ ilk saniyeleriniñ modeli degil.

$E(u)=\sqrt{0{,}3(1+u)^3+0{,}7}$ funktsiyası keñişleme tempiniñ deñişmesini añlata: $H(u)=H_0E(u)$ . Mında $u$ — esaptaki qızılğa tayuv deñişkeni, üst sıñır ise $z=1$ . Bu farazlar altında:

t_L=\frac{1}{H_0}\int_0^z\frac{du}{(1+u)E(u)}.

Bu modelde bugünkü öz mesafe, bugünkü miqyas çarpanı 1 olğanda qoldaş mesafege teñdir:

D_0=\frac{c}{H_0}\int_0^z\frac{du}{E(u)}.

İntegral belgisi kosmik tarih boyunca kiçik paylarnı toplamaq demek. İlk ifadeniñ bölücüsinde qoşma $1+u$ çarpanı bar: bugünkü fezaviy aralıq degil, vaqıt esaplana. $1/H_0$ vaqıt, $c/H_0$ uzunlıq birimindedir; integrallar ölçüsizdir. Sayısal esap 7,715 milliard yıl ve 10,776 milliard ışıq yılı bere; şemada olar yuvarlatıldı. Hogg: 14, 15 ve 30 deñlemeler.

Bu farazlar bugünkü mesafeni $c$ -ge bölmek umumiy qaydası demek degil: tersine, misal büyük qızılğa tayuvda böyle qayda ne içün yanlış vaqıt bergenini köstere.

Işıq devirni tapmağa yardım ete, amma bir galaktikanı keriye çevirmey

Uzaq sistemler içün astronomlar qızılğa tayuvnı ölçe: tanılğan spektr belgileri başqa, adette uzunraq dalğalarda kele. Kosmologik modelde ışıq dalğalarınıñ uzaması Kâinat miqyasınıñ deñişmesinen bağlıdır. Keñişleme modelinen beraber bu nurlanuv vaqıtını tapmağa imkân bere. Bizim misalde $z=1$ keñişlemeden dalğa uzunlığı eki qat artqanını bildire, «yaş bir» ya da «bir milliard yıl» degil. Hogg: qızılğa tayuv ve miqyas çarpanı, 3-ci bölüm.

Ayrı devirlerdeki galaktika nüfuslarını qıyaslap, araştırıcılar evrimni ögrene. Bu, aynı uzaq galaktikanı istegen yaşta köstergen video degil. Şimdi kelgen ışıqnı köremiz, deñişmeler aqqındaki çıqarımlarnı ise çoq cisim ve modelnen teşkeremiz.

Şu iddianı teşkeriñiz: «Galaktika bugün 10,8 milliard ışıq yılı uzaqta, demek foto onı tam 10,8 milliard yıl evelki alında köstere». Bizim misalde bu yanlıştır: vaqıt taqriben 7,7 milliard yıldır. Evvel hangi mesafe tarifi qullanılğanını añlamaq kerek.

Uzaq menbadan ışıq alğanda er sefer keçmişke baqamız. Kosmik miqyaslar keçikmeni pek büyük yapa. Astronomik resimni doğru oqumaq içün aluv tarihini, nurlanuv devirini ve mesafe tarifini ayırıñız; birimler içün ışıq yılları ve parseklerge qaytmaq mümkün.