क्या कोई आकाशगंगा है जो ब्रह्मांडीय विस्तार के कारण दृष्टि क्षितिज से बाहर हो गई है?

यदि दूर की आकाशगंगाएँ त्वरण के साथ हमसे दूर भागती हैं, जिससे उन्हें प्रकाश की गति से अधिक हो जाती है, तो हमें उनसे बढ़ती मात्रा के साथ समय के साथ आकाश से गायब होने की उम्मीद करनी चाहिए। क्या हमने इसका अवलोकन किया? क्या हम अगली आकाशगंगाओं को खत्म करने और उनके पतन के समय का संकेत दे सकते हैं?

मेरा प्रश्न सभी गति श्रेणियों के साथ चलती आकाशगंगाओं की चिंता करता है, न केवल प्रकाश की गति से अधिक वाले।

— वाल्डेमार गौल्ज़िनोवस्की
स्रोत

यह YouTube वीडियो दिखाता है कि आकाशगंगाएँ बहुत दूर दिखाई देने के बावजूद क्यों दिखाई देती हैं। youtube.com/watch?v=gzLM6ltw3l0 (6 मिनट और 50 सेकंड के लिए तेज़ी से आगे बढ़ें और लगभग 8 मिनट और 50 सेकंड तक देखें।) और अगर आप 9 मिनट अतीत देखते रहेंगे, तो यह कहेगा कि कितनी दूर आकाशगंगा होनी चाहिए कभी नहीं। हमारे द्वारा देखा जा सकता है क्योंकि ब्रह्मांड प्रकाश की तुलना में तेजी से विस्तार करेगा।

— रिच्स

@pela यह निश्चित रूप से परिभाषा की बात है, लेकिन मैं यहाँ असहमत हूँ। जैसा कि नीचे मेरी टिप्पणी में उल्लेख किया गया है, आकाशगंगाएँ हर समय हमारे घटना क्षितिज को छोड़ देती हैं। एक मायने में, यह देखने योग्य ब्रह्मांड को छोड़ रहा है।

— थ्रेलथ जूल

@ थ्राइवथ: अपनी अन्य टिप्पणी के तहत टिप्पणी देखें।

— 13:11

वास्तव में इसके विपरीत मामला है।

(सहज व्याख्या के लिए अंतिम पैराग्राफ देखें।)

यह एक आम गलतफहमी है कि प्रकाश की गति की तुलना में तेजी से घटती आकाशगंगाएं हमें दिखाई नहीं देती हैं। यह मामला नहीं है; हम आसानी से आकाशगंगाओं को अतिमानवीय वेगों पर चलते हुए देखते हैं। ऐसा नहीं है - जैसा कि मुझे लगता है कि ज्यादातर लोग सोचते होंगे - सापेक्षता के सिद्धांत का खंडन करते हैं, जो कहता है कि कुछ भी तेजी से माध्यम से अंतरिक्ष की यात्रा नहीं कर सकता है । आकाशगंगाओं यात्रा नहीं करते के माध्यम से अंतरिक्ष (साथ छोड़कर 100-1000 किमी के छोटे वेग / s ); बल्कि, अंतरिक्ष ही विस्तार कर रहा है, जिससे आकाशगंगाओं के बीच दूरियां बढ़ रही हैं। $c$

हम "सुपर-ल्यूमिनल" आकाशगंगाओं को देखते हैं

एक आकाशगंगा का मंदी वेग हबल के नियम द्वारा दिया गया है: $v_\mathrm{rec}$ जहाँ

v_{r e c} = H_{0} d,

$v_\mathrm{rec} = H_0 \, d,$

हबल स्थिर (प्लैंक सहयोग एट अल। 2016) है। इस कानून का तात्पर्य यह है कि आकाशगंगाएँ से अधिक तेज़ी से। इधर, सबस्क्रिप्ट "एच एस" चुना क्योंकि ragion के भीतर जो आकाशगंगाओं की तुलना में धीमी दूर है"हबल क्षेत्र" कहा जाता है। की दूरी पर ऑब्जेक्ट्स मेंका एक रेडशिफ्ट।

H_{0} ≃ 67.8 k m s^{- 1} {M p c}^{- 1}

$H_0 \simeq 67.8\,\mathrm{km}\,\mathrm{s}^{-1}\,\mathrm{Mpc}^{-1}$

r_{H S} \equiv \frac{c}{H_{0}} ≃ 4400 M p c ≃ 14.4 G l y (" G i g a - l i g h t y e a r s ")

$r_\mathrm{HS} \equiv \frac{c}{H_0} \simeq 4400\,\mathrm{Mpc} \simeq 14.4 \, \mathrm{Gly}\,\,\mathrm{("\!\!Giga\mbox{-}lightyears\!\!")}$

c

$c$

c

$c$

r_{H S}

$r_\mathrm{HS}$

z ≃ 1.6

$z\simeq1.6$

मिल्की वे (MW) की दिशा में पूर्व में दूर आकाशगंगा (कहो, GNsh-z11 at redshift ) से उत्सर्जित फोटॉन पर विचार करें । जो विशेष सापेक्षता हमें बताती है वह यह है कि स्थानीय रूप से , फोटॉन हमेशा पर अंतरिक्ष से होकर जाता है । प्रारंभ में, फोटॉन इस प्रकार इसे GN-z11 से दूरी पर बढ़ाता है । हालांकि, ब्रह्मांड के विस्तार के कारण , भले ही फोटॉन हमारी ओर यात्रा करता है, लेकिन MW से इसकी दूरी बढ़ जाती है । जैसे-जैसे फोटॉन जीएन-जेड 11 के लिए अपनी दूरी बढ़ाता है, वैसे ही यह विस्तार जीएन-जेड 11 से कभी-कभी बढ़ने वाले वेग पर पुनरावृत्ति का कारण बनता है। इसके अलावा, जैसा कि यह MW की ओर यात्रा करता है, यह धीरे-धीरे विस्तार को "दूर" करेगा जब तक कि यह उस बिंदु तक नहीं पहुंचता जहां तक $z=11.1$ $v=c$ $c$ $v_\mathrm{rec} = c$ । एक छोटी अवधि के लिए, यह खड़ा होगा। MW, जिसके बाद यह MW से मापे जाने के बाद तेज़ी और तेज़ी से यात्रा करना शुरू कर देगा। आखिरकार, इसका वेग - अभी भी MW के संदर्भ फ्रेम में है - तक पहुंच जाएगा , जिस बिंदु पर यह MW तक पहुंच जाएगा। $c$

इस प्रकार, भले ही GN-z11 और MW एक दूसरे से , फिर भी हम इसे देख पा रहे हैं। शायद यह और भी अधिक स्पष्ट है कि जब जीएन-जेड 11 ने हमारे द्वारा देखे गए प्रकाश को उत्सर्जित किया, तो यह पर और भी तेजी से । $v_\mathrm{rec} = 2.2c$ $v_\mathrm{rec} \sim 4c$

हम अधिक से अधिक दूर की आकाशगंगाओं को देखते हैं

हालाँकि, हमें दिखाई देने वाली एक आकाशगंगा कितनी तेज गति से चल सकती है, इसकी दूरी द्वारा दी गई है, क्योंकि ब्रह्मांड के बनने के बाद से प्रकाश को यात्रा करने का समय मिल गया है। प्रकाश सभी दिशाओं से हमारे पास आता है, इसलिए हम त्रिज्या के एक गोले के केंद्र में स्थित हैं । इस गोले को "अवलोकनीय ब्रह्माण्ड" कहा जाता है, और इसकी सतह (जो कोई भौतिक वस्तु नहीं है) को कण क्षितिज (इसलिए उपसमूह "PH") कहा जाता है। कण क्षितिज पर आकाशगंगाएं पर कर रही हैं । $r_\mathrm{PH}$ $r_\mathrm{PH}$ $v_\mathrm{rec}\simeq3.3c$

समय बीतने के साथ-साथ दूर-दूर की आकाशगंगाओं से प्रकाश हम तक पहुंचेगा; यह बढ़ता है। दूसरे शब्दों में, अवलोकनीय ब्रह्मांड हमेशा आकार में बढ़ता है, और आज दिखाई देने वाली कोई भी आकाशगंगा अवलोकनीय ब्रह्मांड को कभी नहीं छोड़ेगी, चाहे इसकी गति कोई भी हो । $^\dagger$ $r_\mathrm{PH}$

हालांकि, चूंकि भविष्य में अवलोकन योग्य आकाशगंगाएं अधिक से अधिक पुनर्निर्धारित होंगी, इसलिए उनकी रोशनी अंततः दृश्यमान सीमा से बाहर और लंबी और लंबी विकिरण तरंगों में बदल जाएगी। इसके अलावा, प्रत्येक ज्ञात फोटॉन के बीच का समय बढ़ जाएगा, इसलिए वे मंद और मंद हो जाएंगे, और इस प्रकार व्यवहार में, वे गायब हो जाएंगे ।

सहज व्याख्या

बेहतर समझ के लिए एक अच्छा सादृश्य क्यों प्रकाश हमें एक आकाशगंगा से पहुँच सकता है जो प्रकाश की तुलना में तेजी से घटता है, "एक रबर बैंड पर कीड़ा" है: एक (अनंत फैलाए जाने योग्य) रबर बैंड (लंबाई, 10 सेमी) की दीवार से संलग्न करें। और आपके द्वारा चुनी गई किसी भी स्थिर गति पर चलना, जैसे कि 1 मीटर / सेकंड। शुरू करने से पहले, अपने पालतू कीड़े को दीवार के पास अंत में रखें। यह आपके पास वापस जाना चाहता है, और आपसे 1 सेंटीमीटर यानी 100 × धीमी गति से रेंगना शुरू कर देता है। क्या यह कभी आप तक पहुंच पाएगा? यदि आप इसे दीवार के परिप्रेक्ष्य से देखते हैं, तो आप और कृमि दोनों दूर चले जाते हैं, लेकिन जब आप एक स्थिर गति पर चलते हैं, तो कृमि, हालांकि शुरुआत में धीमा हो जाता है, क्योंकि यह रबर बैंड पर चलता है, लेकिन तेजी कृमि और दीवार के बीच रबर बैंड का आकार बढ़ता है। रबर बैंड के बाकी हिस्से भी आकार में बढ़ जाते हैं, लेकिन यह नहीं है 'होगा आप तक पहुँचने (हालांकि इस उदाहरण में, यह कीड़ा ले जाएगा अरब साल है, जिस पर वह अपने धैर्य खो दी है। लेकिन अगर आप पर चलना केवल 10 सेमी / एस, यह सिर्फ 6 घंटे लगेंगे बात) । $10^{26}$

इस सादृश्य में, आप MW हैं, दीवार GN-z11 है, और कृमि एक फोटॉन है। अब यदि आप एक स्थिर गति से नहीं चलते हैं, लेकिन गति भी करते हैं (यह अंधेरे ऊर्जा के प्रभाव का एक सादृश्य है), तो कीड़ा आपकी गति के आधार पर आप तक पहुंच सकता है या नहीं भी पहुंच सकता है। जैसे कोई सीमा होती है कि हम कितनी दूर आकाशगंगाओं को कभी देख पाएंगे।

$^\dagger$ _{ध्यान दें कि चूंकि बड़ी दूरियों का भी अर्थ है कि समय में पीछे मुड़कर देखना (चूंकि प्रकाश को यात्रा करते हुए एक लंबा समय बीत चुका है), हम वास्तव में इस दूर की आकाशगंगाओं को नहीं देखते हैं, क्योंकि उन्होंने इतिहास के आरंभ में इसका गठन नहीं किया था। हालाँकि हम उस गैस को देखते हैं जिससे आकाशगंगाएँ पैदा हुई थीं, जहाँ से बिग बैंग के बाद के 380,000 वर्ष पीछे थे।}

— pela
स्रोत

क्या इसका मतलब यह है कि अवलोकन योग्य ब्रह्मांड की सीमा उसी गति के साथ 'recedes' है जिस पर आकाशगंगाओं को रखा गया है? क्या इसका मतलब यह है कि दी गई त्रिज्या द्वारा परिभाषित वेग पूरे क्षेत्र पर स्थिर है?

— वाल्डेमार गाओल्ज़िनोस्की

@ WaldemarGałęzinowski: मुझे यकीन नहीं है कि मैं इस सवाल को समझता हूं: वर्तमान में सीमा पर स्थित एक आकाशगंगा v = 3.3c पर स्थित है। सीमा स्वयं 1 सी पर दूर जाती है, क्योंकि समय बीतने के साथ, हम आकाशगंगाओं से प्रकाश को तेजी से दूर देखते हैं (इस तथ्य को अनदेखा करते हुए कि हम वास्तव में किसी भी आकाशगंगा को इतनी दूर नहीं देखते हैं , क्योंकि वे अभी तक नहीं बने हैं)। अपनी अंतिम टिप्पणी के बारे में, "एस्केप वेलोसिटी" जैसी कोई चीज नहीं है, लेकिन अगर आपका मतलब है कि मंदी की दिशा हम से स्वतंत्र है, तो हाँ, यह केवल दूरी पर निर्भर करता है।

— पेला

तो आप कह रहे हैं कि ब्रह्मांड का विस्तार प्रकाश की गति से अधिक तेज है?

— iMerchant

"दूसरे शब्दों में, अवलोकनीय ब्रह्मांड हमेशा आकार में बढ़ता है, और आज दिखाई देने वाली कोई भी आकाशगंगा अवलोकनीय ब्रह्मांड को कभी नहीं छोड़ेगी, चाहे इसकी गति कोई भी हो।" उपयोग किए गए राज्य के समीकरण पर निर्भर करता है। ब्रह्मांड में प्रेत ऊर्जा के प्रभुत्व वाली घटना क्षितिज सिकुड़ जाएगी।

— सर कम्फर्ट

@ सुरक्षा: आप सही हैं कि मैं केवल मानक ब्रह्मांड विज्ञान पर विचार करता हूं।

— पेला

जैसे-जैसे समय बीत रहा है, आकाशगंगाएँ हैं जो वर्तमान में अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में नहीं हैं जो कि अवलोकन योग्य हो जाएंगी, लेकिन यह अचानक पलटने वाला नहीं है। इसके बजाय, सैकड़ों लाखों वर्षों में हम देखेंगे कि एक प्रोटो गैलेक्सी एक परिपक्व आकाशगंगा में विकसित होती है।

उदाहरण के लिए हाइड्रोजन का एक "बूँद" है जो कि एक डार्क मैटर हेलो पर हाइड्रोजन के अभिवृद्धि के रूप में व्याख्या करता है। यदि यह व्याख्या सही है, तो आकाशगंगा जो अंततः इससे बनती है, वह अवलोकन योग्य ब्रह्मांड के बाहर है। लेकिन ऐसा नहीं रहेगा। अरबों वर्षों में हाइड्रोजन ने तारों का निर्माण किया होगा, और आकाशगंगा हमारे अवलोकन योग्य ब्रह्मांड में होगी। हम एक नई आकाशगंगा की अचानक उपस्थिति नहीं देखते हैं, बल्कि हम अरबों वर्षों में विकास को देखते हैं।

अधिक लाल-स्थानांतरण का प्रभाव है। अंततः आकाशगंगाएँ तेज़ी से पीछे हटना शुरू कर देंगी कि वे डिटेक्टिबिलिटी के स्तर से नीचे लाल-शिफ्ट हो जाएँगी। यह सुझाव दिया गया है कि लगभग 2 ट्रिलियन वर्षों में केवल स्थानीय आकाशगंगाएँ ही दिखाई देंगी। यह फिर से एक तीव्र प्रक्रिया नहीं है (!)

इस प्रकार हम एक कॉस्मिक क्षितिज पर गायब होने वाली आकाशगंगाओं का निरीक्षण नहीं करते हैं, और ऐसा करने की उम्मीद नहीं करते हैं।

— जेम्स के
स्रोत