Радиус Вселенной. Доступный наблюдательной астрономической технике

Поскольку любой сигнал, несущий информацию, не может передаваться со скорость большей скорости света (300000 км/с), конечный возраст Вселенной (14-16 млрд.св. лет) позволяет говорить и о размере Вселенной как о размере области, из которой информация может дойти до наблюдателя за время, прошедшее с момента начала расширения.

Никакое совершенствование техники не позволит заглянуть дальше. Мы не можем увидеть более далекие галактики: какими бы телескопами мы не пользовались, свет от галактик за горизонтом просто не успел дойти до нас. Это предельное расстояние, до которого в принципе могут «дотянуться наблюдатели». В честь Эдвина Хаббла его назвали хаббловским радиусом. В настоящее время он равен 6000 Мпк. Понятие радиуса Вселенной достаточно условно: реальная вселенная безгранична и она нигде не кончается. Горизонт любого наблюдателя раздвигается со скоростью света.

Горизонт видимости во Вселенной – сфера с радиусом, равным расстоянию, которое свет прошел за время существования Вселенной. Это граница, отделяющая область пространства, которую в данный момент может видеть наблюдатель, от области, которая для него пока принципиально ненаблюдаемая, которая получила название космологического горизонта (горизонта частиц).

Существование космологического горизонта связано с расширением Вселенной. От момента сингулярного состояния Вселенной прошло t ≈ 10-20 миллиардов лет. За это время свет успевает пройти в расширяющейся Вселенной конечное расстояние t ≈ ct (где c – это скорость света), т.е. примерно 10–20 миллиардов световых лет. Поэтому каждый наблюдатель в момент t' после начала расширения может видеть только область, ограниченную сферой, имеющей в этот момент радиус r = ct'. За этой границей, являющейся горизонтом наблюдений, объекты принципиально ненаблюдаемы в момент t': свет от них еще не успел дойти до наблюдателя, даже если он вышел в момент начала расширения Вселенной. Вблизи горизонта мы видим вещество в далеком прошлом, когда плотность его была гораздо больше сегодняшней.

С течением времени горизонта расширяется по мере того, как к наблюдателю доходит свет от более далеких областей Вселенной. Таким образом, он охватывает больше половины доступного в принципе для наблюдений объема пространства Вселенной. С каждым днем доступная земным телескопам область Вселенной возрастает на 10¹⁸ кубических световых лет.

Представление о космологическом горизонте позволяет понять, что в каждый данный момент для наблюдателя доступна некоторая конечная часть объема Вселенной, с конечным числом галактик и звезд. Очевидно также, что у каждого наблюдателя, находящегося в каком-либо месте во Вселенной, в каждый данный момент времени свой горизонт, своя конечная Вселенная. Это подобно тому, как и на земном шаре, каждый наблюдатель имеет свой горизонт.

Строго говоря, космологический горизонт ограничен еще одним фактором, связанным со свойствами электромагнитного поля. Источники на горизонте частиц имеют безгранично красное смещение. Это самые древние фотоны, которые хотя бы теоретически можно сейчас «увидеть». Они были изучены в момент Большого взрыва. Тогда размер видимой сегодня части Вселенной был крайне мал, а значит, с тех пор все расстояния очень сильно выросли. Отсюда и возникает бесконечно красное смещение.

На ранних стадиях развития Вселенной при большой плотности вещества фотоны не могли свободно распространяться из-за поглощения и рассеяния. До Земли в неискаженном виде дошло только, то излучение, которое возникло в эпоху, когда Вселенная стала практически прозрачной для излучения, и не раньше. Эта эпоха связана с процессом рекомбинации водорода, который протекал через 1 млн лет после начала расширения Вселенной и соответствовал плотности вещества ρ = 10^-20 г/см³. Но 1 млн лет — весьма незначительный период по сравнению с 15—20 млрд лет. Поэтому горизонт видимости во Вселенной практически определяется началом ее расширения.