Шкала расстояний Вселенной

Поскольку Вселенная расширяется, на вопрос о расстояниях до очень далеких галактик трудно ответить. Все зависит от вашей точки зрения.

Туманность Омега

Туманность Орел

Скопление Антлия

Вот в чём заключается проблема определения расстояний в расширяющейся Вселенной: две галактики находятся рядом друг с другом, когда возраст Вселенной - всего 1 миллиард лет. Первая галактика излучает световой импульс. Вторая галактика не воспринимает данный импульс до тех пор, пока Вселенной не исполнится 14 миллиардов лет.

К этому моменту данные галактики разделяет порядка 26 миллиардов световых лет; световой импульс находится в пути в течение 13 миллиардов лет; и картинка, которую получают люди во второй галактике - это образ первой галактики на момент, когда её возраст составлял всего лишь один миллиард лет и когда она находилась на удалении всего 2 миллиарда световых лет.

В космологии общепринятыми являются четыре различные шкалы расстояний:

(1) Фотометрическое расстояние - DL

В расширяющейся Вселенной удалённые галактики намного более трудноразличимы, чем можно было ожидать, поскольку фотоны света растягиваются и развёртываются на обширную зону. Вот почему для того, чтобы разглядеть очень удалённые галактики, требуются огромные телескопы. Наиболее удалённые галактики, видимые через космический телескоп "Хаббл", настолько слабо различимы, что создаётся впечатление, как будто  они находятся на удалении порядка 350 миллиардов световых лет, хотя они и находятся намного ближе.


Фотометрическая шкала не отображает реального расстояния, но она применяется для определения того, насколько тусклыми видятся нам очень удалённые галактики.

(2) Расстояние углового диаметра - DA

В расширяющейся Вселенной мы видим галактики у границы видимой Вселенной в тот момент, когда они были очень молодыми, порядка 14 миллиардов лет назад, поскольку свету, чтобы добраться до нас, потребовалось около 14 миллиардов лет.

Однако галактики в то время не только были молодыми, но и располагались намного ближе к нам.


     Наиболее слабо различимые галактики, видимые посредством космического телескопа "Хаббл", в момент излучения света находились от нас на удалении всего несколько миллиардов световых лет.

Это означает, что очень удалённые галактики выглядят гораздо более крупными, чем можно было ожидать, как будто они находятся от нас на расстоянии порядка 2 либо 3 миллиардов световых лет (Хотя они тоже выглядят очень-очень тусклыми - см. "Фотометрическое расстояние").


     Расстояние углового диаметра - хороший индикатор (особенно в такой плоской галактике, как наша) того, насколько близко к нам находилась определённая галактика, когда излучала свет, который мы видим в данный момент.

(3) Сопутствующее расстояние - DC

Шкала сопутствующего расстояния расширяется вместе со Вселенной. Она даёт нам представление о том, где в настоящее время находятся галактики, несмотря на то, что наблюдаем мы удалённую галактику в том виде, какой она имела, когда была намного младше и меньше. По данной шкале самый дальний край видимой Вселенной в настоящее время находится от нас на удалении 47 миллиардов световых лет, хотя наиболее удалённые галактики, видимые через космический телескоп "Хаббл", находились бы от нас на расстоянии порядка 32 миллиардов световых лет.


     Сопутствующее расстояние противоположно расстоянию углового диаметра.

- Это расстояние показывает, где галактики находятся в данный момент, а не где они находились, когда излучали свет, который мы видим сейчас.

(4) Аберрационное расстояние - DT

Аберрационное расстояние означает промежуток времени, за который нас достигает свет от удалённых галактик. Именно это и имеется в виду, когда говорят, что видимая Вселенная имеет радиус 14 миллиардов световых лет.

- Смысл данного утверждения: возраст Вселенной составляет порядка 14 миллиардов лет, свету же от более удалённых галактик не хватило времени добраться до нас.


     Аберрационное расстояние - это в равной степени мера времени и мера расстояния. Основная польза от этой шкалы - она даёт нам представление о возрасте того образа данной галактики, который мы видим в настоящее время.

Для малых расстояний (порядка 2 миллиардов световых лет и меньше) все четыре шкалы расстояний совмещаются и повторяют одна другую, так что определять расстояния до галактик в окружающей нас локальной Вселенной гораздо проще.

Ниже приведены все четыре шкалы расстояний, наложенные на красное смещение. Красное смещение - это мера растягивания света, вызванного расширением Вселенной: галактика с высоким уровнем красного смещения расположена дальше, чем галактика с малым уровнем красного смещения. Наиболее удалённые галактики, видимые через космический телескоп "Хаббл", имеют величину красного смещения 10, в то время как наиболее удалённые протогалактики во Вселенной, вероятно имеют величину красного смещения порядка 15. Граница видимой Вселенной имеет красное смещение на уровне бесконечности. Для сравнения: типичный переносной телескоп не позволяет рассмотреть объекты с красным смещением, значительно превышающим 0.1 (около  1,3 миллиарда световых лет).

Фотометрическое расстояние (DL) демонстрирует, почему так сложно рассмотреть удалённые галактики: очень молодая и далёкая галактика с уровнем красного смещения 15 кажется удалённой от нас на 560 миллиардов световых лет, хотя расстояние углового диаметра (DA) показывает, что на момент излучения этой галактикой света, который мы видим сейчас, ей фактически было порядка 2,2 миллиардов световых лет. Аберрационное расстояние (DT) показывает, что свет от данной галактики путешествовал 13,6 миллиардов лет с момента его излучения до настоящего момента. Сопутствующее расстояние (DC) показывает, что та же самая галактика сегодня, если бы мы могли видеть её, находилась бы от нас на удалении 35 миллиардов световых лет.