جهان قابل مشاهده

از ویکی‌پدیا، دانشنامهٔ آزاد
پرش به: ناوبری، جستجو
Observable universe logarithmic illustration.png

در کیهان شناسی مهبانگ، جهان قابل مشاهده (به انگلیسی: Observable universe) شامل کهکشانها و مواد دیگری است که مشاهده آنها از زمین در دوره کنونی امکانپذیر می باشد. دلیل قابل مشاهده بودن این مواد این است که نور خارج شده از این اجسام، از لحظه آغاز انبساط کیهان تا کنون، زمان کافی برای رسیدن به ما داشته است. با فرض اینکه جهان همسانگرد است، فاصله تا لبه های جهان قابل مشاهده تقریباً در همه جهتها یکی است، یعنی بدون توجه به شکل کلی جهان، جهان قابل مشاهده یک حجم کروی است که ناظر در مرکز آن قرار می گیرد. هر منطقه ای در جهان دارای جهان قابل مشاهده خودش است که ممکن است با جهان قابل مشاهده به مرکزیت زمین همپوشانی داشته و یا نداشته باشد.

افق ذره[ویرایش]

افق ذره (همچنین به نامهای افق کیهان شناسی، افق نور و افق نور کیهانی شناخته می شود)، بیشترین فاصله ای است که ذرات می توانسته اند در طول عمر جهان، آن فاصله را به سوی ناظر پیموده باشند. این فاصله مرز میان بخش قابل مشاهده و غیرقابل مشاهده جهان را نمایش می دهد،[۱] از این رو این فاصله در زمان کنونی، اندازه جهان قابل مشاهده امروزی را مشخص می نماید.[۲] وجود، ویژگیها و اهمیت یک افق کیهان‌شناسی به مدل کیهان‌شناسی مورد بحث بستگی دارد.

برحسب فاصله همراه، افق ذره برابر با زمان همدیس \eta_0 گذشته از مهبانگ ضرب در سرعت نور c می باشد. کمیت \eta_0 از رابطه زیر به دست می آید:

\eta_0 = \int_{0}^{t_0} \frac{dt'}{a(t')}

که a(t) فاکتور مقیاس متریک فریدمان-لومتر-رابرتسون-واکر و مهبانگ را در زمان t=0 در نظر می گیریم. به عبارت دیگر افق ذره با گذر زمان عقب می رود و بخش قابل مشاهده جهان افزایش می یابد.[۱][۳] از آنجا که فاصله ویژه در یک زمان دلخواه برابر با فاصله همراه ضرب در فاکتور مقیاس است[۴]( در زمان فعلی فاصله همراه با فاصله ویژه برابر تعریف می شود، پس در زمان کنونی a(t) = 1) ، فاصله ویژه تا افق دره در زمان t_0 از رابطه زیر به دست می آید:[۵]


d_p(t_0) = a(t_0) \int_{0}^{t_0} \frac{dt'}{a(t')}

تفاوت افق دره با افق رویداد کیهانی در این است که افق ذره بزرگترین فاصله همراهی است که تا یک زمان مشخص نور ممکن است از آن به ناظر رسیده باشد، در حالیکه افق رویداد بزرگترین فاصله همراهی است که نور منتشر شده از آن در زمان حال ممکن است به ناظری در آینده برسد.[۶] گمان می رود در زمان فعلی این افق رویداد کیهانی در حدود ۴۶ میلیارد سال نوری باشد.[۷] به طور عمومی فاصله ویژه تا افق رویداد در زمان t_0 از رابطه زیر به دست می آید:[۵]

d_e(t_0) = a(t_0) \int_{t_0}^{t_{max}} \frac{dt'}{a(t')}

که در آن t_{max} مختصات زمانی پایان جهان است که در مورد جهانی که تا ابد انبساط یابد، بی نهایت است.

نموداری از مکان ما در جهان قابل مشاهده.. (Click here for an alternate image.)

ساختار بزرگ-مقیاس[ویرایش]

از طریق نقشه‌برداری‌های آسمان و نگاشتن باندهای مختلف طول موج تابش الکترومغناطیسی(به‌طورخاص خط طیفی هیدروژن) اطلاعات زیادی از محتوا و ویژگیهای ساختار جهان به‌دست‌ آمده‌است. به نظر می‌رسد که ساختار آن مدلی سلسله‌مراتبی دارد که بزرگترین مراتب آن اَبَرخوشه‌ها و رشته‌کهکشان‌ها هستند. هیچ ساختار پیوسته‌ای بزرگتر از اینها مشاهده نشده‌است، پدیده‌ای که از آن با عنوان پایان بزرگی (به انگلیسی: End of Greatness) یادمی‌شود.

دیوارهای کهکشانی، رشته‌کهکشان‌ها و نواحی پوچ[ویرایش]

با اینکه سازماندهی ساختار جهان در مرحله ستاره‌ای آغاز می‌شود(هرچند که این موضوع بحث‌انگیز است)، بیشتر کیهان‌شناسان به ندرت به مسائل اخترفیزیکی این مرحله می‌پردازند. ستارگان در کهکشانها سازماندهی می‌شوند که به نوبه خود گروههای کهکشانی، خوشه‌های کهکشانی، ابرخوشه‌ها، صفحه‌ها، دیوارها و رشته‌های کهکشانی را تشکیل می‌دهند که از طریق نواحی پوچ از هم جدا می‌شوند و تشکیل یک ساختار کف-مانند می‌دهند که برخی آن را «وب کیهانی» خوانده‌اند. پیش از سال ۱۹۸۹، اینگونه پنداشته می‌شد که خوشه‌های کهکشانی ویریالی بزرگترین ساختارهای موجود در جهان هستند و به طور یکنواخت در سراسر جهان و در همه جهات پراکنده شده‌اند، اما در سال ۱۹۸۹، مارگارت گلر و جان هوکراه، بر پایه داده‌های نقشه‌برداری انتقال‌به‌سرخ، «دیوار بزرگ» را کشف کردند. [۸] دیوار بزرگ صفحه‌ای از کهکشانها به طول ۵۰۰ میلیون سال نوری و عرض ۲۰۰ میلیون سال نوری و ضخامت ۱۵ میلیون سال نوری بود. وجود این ساختار مدت زیادی از نظرها دور مانده‌بود زیرا نیاز به تعیین مکان کهکشانها در سه بعد بود که لازمه آن ترکیب اطلاعات مربوط به مکان کهکشانها با اطلاعات مربوط به فاصله آنها - که با بررسی انتقال به سرخ به‌دست می‌آید - بود. دو سال بعد دو اخترشناس به نامهای راجر جی. کلوز و لوییس ای. کمپوسانو، گروه بزرگ اختروش کلوز-کمپوسانو را کشف کردند که عریض‌ترین قسمت آن ۲ میلیارد سال نوری بود و در زمان اعلام این کشف بزرگترین ساختار شناخته شده در جهان بود. در آوریل ۲۰۰۳، یک ساختار بزرگ-مقیاس دیگر به نام دیوار بزرگ اسلون کشف شد. در آگوست ۲۰۰۷ یک اَبَرپوچی (ناحیه پوچ بزرگ) احتمالی در نزدیکی صورت فلکی جوی کشف شد. [۹] این منطقه با با لکه سرد سی‌ام‌بی همپوشانی داشت. لکه سرد سی‌اِم‌بی، ناحیه سردی در نقشه تابش ریزموج زمینه کیهانی است که در در مدل‌های کنونی کیهان‌شناسی پدیده بسیار نامحتملی است. این ابرپوچی مسبب پیدایش لکه سرد سی‌اِم‌بی است اما برای اینکه چنین اتفاقی افتاده باشد، این ناحیه باید به میزان نا محتملی بزرگ باشد، احتمالا در حدود یک میلیارد سال نوری.

یکی‌دیگر از ساختارهای بزرگ، ساختار تازه کشف‌شده هیمیکو است که گردایه‌ای از کهکشانها و حبابهای عظیم گاز است که ۲۰۰ میلیون سال نوری پهنا دارد.

در مطالعات تازه‌تر مشخص شده‌است که جهان به شکل مجموعه‌ای از نواحی پوچی حباب‌مانند عظیم است که توسط صفحه‌ها و رشته‌های کهکشانی از هم جدا شده‌اند. این شبکه در نقشه انتقال‌به‌سرخ ۲دی‌اِف (2dF) قابل رویت است. در شکل یک بازسازی سه بعدی از قسمتهای درونی نقشه نمایش داده‌شده‌است که منظره‌ جالبی از جهان در نزدیکی ما ارائه می‌کند. چند ابرخوشه‌کهکشانی مانند دیوار بزرگ اسلون در این نقشه خودنمایی می‌کنند.

در سال ۲۰۱۱ یک گروه بزرگ اختروش دیگر به نام یو۱.۱۱ به پهنای ۲.۵ میلیارد سال نوری کشف شد. در ۱۱ ژانویه ۲۰۱۳، نیز گروه بزرگ اختروش سترگ کشف شد که ۴ میلیارد سال نوری وسعت دارد و بزرگترین ساختار شناخته شده جهان تا آن زمان بود. [۱۰] در نوامبر ۲۰۱۳، ساختار عظیم‌تری به نام دیوار بزرگ هرکول-کورونا بوریلیس (به فارسی: زانوزده-تاج‌شمالی) کشف شد که دوبرابر قبلی پهنا داشت. [۱۱][۱۲] این دیوار کهکشانی توسط نقشه‌برداری انفجار پرتوی گاما مشخص شد. [۱۱][۱۳]

منابع[ویرایش]

  1. ۱٫۰ ۱٫۱ Edward Robert Harrison (2000). Cosmology: the science of the universe. Cambridge University Press. pp. 447–. ISBN 978-0-521-66148-5. Retrieved 1 May 2011. 
  2. Andrew R. Liddle; David Hilary Lyth (13 April 2000). Cosmological inflation and large-scale structure. Cambridge University Press. pp. 24–. ISBN 978-0-521-57598-0. Retrieved 1 May 2011. 
  3. Michael Paul Hobson; George Efstathiou; Anthony N. Lasenby (2006). General relativity: an introduction for physicists. Cambridge University Press. pp. 419–. ISBN 978-0-521-82951-9. Retrieved 1 May 2011. 
  4. Davis, Tamara M.; Charles H. Lineweaver (2004). "Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe". Publications of the Astronomical Society of Australia 21 (1): 97. arXiv:astro-ph/0310808. Bibcode:2004PASA...21...97D. doi:10.1071/AS03040. 
  5. ۵٫۰ ۵٫۱ Massimo Giovannini (2008). A primer on the physics of the cosmic microwave background. World Scientific. pp. 70–. ISBN 978-981-279-142-9. Retrieved 1 May 2011. 
  6. Lars Bergström and Ariel Goobar: "Cosmology and Particle Physics", WILEY (1999), page 65. ISBN 0-471-97041-7
  7. Lineweaver, Charles; Tamara M. Davis (2005). "Misconceptions about the Big Bang". Scientific American. Retrieved 2008-11-06. 
  8. M. J. Geller & J. P. Huchra, Science 246, 897 (1989).
  9. Biggest void in space is 1 billion light years across – space – 24 August 2007 – New Scientist. Space.newscientist.com. Retrieved on 2011-05-01.
  10. Wall, Mike (2013-01-11). "Largest structure in universe discovered". Fox News. 
  11. ۱۱٫۰ ۱۱٫۱ Horvath I., Hakkila J., and Bagoly Z. (2014). "Possible structure in the GRB sky distribution at redshift two". 
  12. Horvath I., Hakkila J., and Bagoly Z. (2013). The largest structure of the Universe, defined by Gamma-Ray Bursts. arXiv:1311.1104. Bibcode:2013arXiv1311.1104H. 
  13. "Universe's Largest Structure is a Cosmic Conundrum". Discovery. 2013-11-19.