Různé vzdálenosti ve vesmíru?

 Neustále čteme takové věty jako „ Fotografie byla pořízena v roce 2001 a je na ní zachycen nejvzdálenější lidmi pozorovaný objekt ve vesmíru, galaxie

X+Světelný kužel

  ....tento objekt k nám vyslal světlo před 13,2 mld. let.“ - Wikipedie (1) Něco podobného je zde: (2) To  ovšem znamená, že ve vesmíru existuje  několik vzdáleností, které je třeba rozlišovat. Je to vzdálenost v době emise světla, Dthen,  potom vzdálenost dráhy světla, Dlt  ( light travel distance), pak dnešní vzdálenost, Dnow, a ještě luminozitní vzdálenost, která je sice už mimo realitu, ale běžně se s ní počítá. Ve vzdáleném vesmíru jsou unášeny směrem od nás nejen galaxie, ale částečně také světlo, které směrem k nám vyzářily. Je to podobné, jako když stojíme dole u pohyblivých schodů a dítě, které na nich jede, se rozhodne běžet dolů směrem k nám, pak jeho rychlost vzhledem k nám bude menší právě o tu unášivou rychlost eskalátoru. A když rychlost eskalátoru bude vyšší, bude se od nás vzdalovat, i když bude běžet směrem k nám. Vesmír se rozpínal nerovnoměrně, ale  světlo z té dálky k nám nemůže letět přesně tolik miliard roků, kolik miliard světelných let bylo od nás vzdáleno v době, kdy směrem k nám vyslalo své paprsky. Rozpínání dávného vesmíru dobře popisuje model LCDM ( Lambda Cold Dark Matter ), jehož diagram a světelný kužel jsme získali od Unversity of Virginia (USA).(3) Na vodorvné ose je vzdálenost od nás, na svislé ose je kosmický čas, a my se nacházíme na vrcholu toho zaobleného kužele. A dnes můžeme pozorovat pouze to záření, které k nám jede po površce kužele. Galaxie z HUDF, Hubbleova ultra hlubokého pole, které k nám vyslaly své světlo v čase 0,5 Gyr, byly v té době vzdáleny od svislé osy, tedy od nás, asi 2,8 Gly. V té době se vesmír rozpínal velmi rychle, tyto galaxie se vzdalovaly podle tohoto modelu rychlostí asi 3.c, tedy jejich světlo se od středu rozpínání vzdalovalo rychlostí 2.c, i když směřovalo k nám. Když se rozpínání časoprostoru zpomalilo pod rychlost světla a toto světlo se dostalo do vzdálenosti 5,7 Gly, to bylo v čase 4 Gyr, paprsek se začal k nám přibližovat, jeho rychlost vůči nám zvyšovat, až k nám doletěl rychlostí světla c.    Nemůžeme tedy pozorovat záření ze vzdálenějších zdrojů než je zmíněných 5,7 Gly, i kdybychom měli sebelepší radioteleskopy, protože zdroje záření byly a jsou mimo náš světelný kužel. Ale pozorujeme galaxie, které se od nás vzdalovaly nadsvětelnou rychlostí v době, kdy směrem k nám vyslaly své světlo.    Comoving distance ( spolupohybující se vzdálenost ) je vzdálenost, jakou má pozorovaný objekt dnes. Např. 8 Gly, viz diagram: objekt, který dnes pozorujeme, vyslal směrem k nám světlo v čase 7,2 Gyr a byl ve vzdálenosti 4,7 Gly a dnes je ve vzdálenosti 8 Gly. Ta čárkovaná křivka je jeho světočára, tedy dráha časoprostorem.

  Na dalším obr. je dráha světelného paprsku z HUDF k nám: Nejdříve se vzdaloval, i když směřoval k nám, později se začal přibližovat. Proto mu to trvalo tak dlouho.

Prameny:

(1) http://cs.wikipedia.org/wiki/Pozorovateln%C3%BD_vesm%C3%ADr

1. http://www.livingfuture.cz/clanek.php?articleID=10068
2. http://www.astro.virginia.edu/class/whittle/astr553/Topic16/t16_light_cones.html