Kosmos co najmniej 250 razy większy niż widzialny wszechświat, mówią kosmolodzy

Kiedy patrzymy na Wszechświat, rzeczy, które widzimy, muszą być wystarczająco blisko, aby światło dotarło do nas od początku Wszechświata. Wszechświat ma około 14 miliardów lat, więc na pierwszy rzut oka łatwo jest pomyśleć, że nie możemy zobaczyć rzeczy dalej niż 14 miliardów lat świetlnych.

To jednak nie do końca prawda. Ponieważ Wszechświat się rozszerza, najbardziej odległe widoczne rzeczy znajdują się znacznie dalej. W rzeczywistości fotony w kosmicznym mikrofalowym tle przebyły 45 miliardów lat świetlnych, aby się tu dostać. To sprawia, że ​​widzialny wszechświat ma około 90 miliardów lat świetlnych średnicy.

To duże, ale wszechświat jest prawie na pewno znacznie większy. Pytanie, nad którym zastanawiało się wielu kosmologów, brzmi o ile większe. Dzisiaj mamy odpowiedź dzięki ciekawej analizie statystycznej Mihrana Vardanyan z Uniwersytetu Oksfordzkiego i paru kumpli.

Oczywiście nie możemy bezpośrednio zmierzyć wielkości wszechświata, ale kosmolodzy mają różne modele sugerujące, jak duży powinien być. Na przykład, jeden tok myślenia jest taki, że jeśli wszechświat rozszerzał się z prędkością światła podczas inflacji, to powinien być 10^23 razy większy niż widzialny wszechświat.

Inne szacunki zależą od wielu czynników, aw szczególności od krzywizny Wszechświata: czy jest on zamknięty, jak kula, płaski czy otwarty. W dwóch ostatnich przypadkach Wszechświat musi być nieskończony.

Jeśli możesz zmierzyć krzywiznę Wszechświata, możesz określić granice tego, jak duży musi być.

Okazuje się, że w ostatnich latach astronomowie dysponują różnymi pomysłowymi sposobami mierzenia krzywizny Wszechświata. Jednym z nich jest wyszukanie odległego obiektu o znanej wielkości i zmierzenie tego, jak wygląda. Jeśli jest większy niż powinien, Wszechświat jest zamknięty; jeśli ma odpowiedni rozmiar, wszechświat jest płaski, a jeśli jest mniejszy, wszechświat jest otwarty.

Astronomowie znają jeden typ obiektu, który pasuje do rachunku: fale we wczesnym wszechświecie, które zostały zamrożone w kosmicznym mikrofalowym tle. Mogą mierzyć wielkość tych fal, zwanych barionowymi oscylacjami akustycznymi, za pomocą obserwatoriów kosmicznych, takich jak WMAP.

Istnieją również inne wskaźniki, takie jak jasność supernowych typu 1A w odległych galaktykach.

Ale kiedy kosmologowie badają wszystkie te dane, różne modele Wszechświata dają różne odpowiedzi na pytanie o jego krzywiznę i rozmiar. Który wybrać?

Przełomem, jakiego dokonali Vardanyan i koledzy, jest znalezienie sposobu na uśrednienie wyników wszystkich danych w najprostszy możliwy sposób. Stosowana przez nich technika nazywa się uśrednianiem modelu Bayesa i jest znacznie bardziej wyrafinowana niż zwykłe dopasowywanie krzywej, którego naukowcy często używają do wyjaśniania swoich danych.

Przydatną analogią są wczesne modele Układu Słonecznego. Z Ziemią w centrum Układu Słonecznego coraz trudniej było dopasować dane obserwacyjne do tego modelu. Ale astronomowie znaleźli sposoby, aby to zrobić, wprowadzając coraz bardziej złożone systemy, model Układu Słonecznego „koła w kołach”.

Teraz wiemy, że to podejście było całkowicie błędne. Jednym z zmartwień kosmologów jest to, że podobny proces zachodzi teraz w modelach Wszechświata.

Uśrednianie modelu bayesowskiego automatycznie chroni przed tym. Zamiast pytać, jak dobrze model pasuje do danych, zadaje inne pytanie: biorąc pod uwagę dane, jak prawdopodobne jest, że model będzie poprawny. Takie podejście jest automatycznie stronnicze w stosunku do złożonych modeli – jest to rodzaj statystycznej brzytwy Ockhama.

Stosując go do różnych kosmologicznych modeli wszechświata, Vardanyan i współpracownicy są w stanie nałożyć ważne ograniczenia na krzywiznę i rozmiar Wszechświata. W rzeczywistości okazuje się, że ich ograniczenia są znacznie bardziej rygorystyczne niż jest to możliwe w przypadku innych podejść.

Mówią, że krzywizna Wszechświata jest ściśle ograniczona do 0. Innymi słowy, najbardziej prawdopodobnym modelem jest to, że Wszechświat jest płaski. Płaski Wszechświat również byłby nieskończony, a ich obliczenia również są z tym zgodne. Pokazują one, że Wszechświat jest co najmniej 250 razy większy niż objętość Hubble'a. (Objętość Hubble'a jest podobna do wielkości obserwowalnego wszechświata.)

To duże, ale w rzeczywistości bardziej ograniczone niż wiele innych modeli.

A fakt, że pochodzi z tak eleganckiej metody statystycznej, oznacza, że ​​ta praca może mieć szerokie zainteresowanie. Jeśli tak, może się okazać, że zostanie użyty do dostrojenia i ograniczenia innych obszarów kosmologii.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1101.5476 : Zastosowania modelu bayesowskiego uśredniania krzywizny i wielkości wszechświata

ukryć