Det observerbara universum – definition, storlek och vad vi kan se

Upptäck det observerbara universum: definition, räckvidd, uppskattad storlek och vad vi verkligen kan se från jorden — fascinerande fakta om kosmos gränser.

I Big Bang-kosmologin är det observerbara universum det som i teorin kan ses från jorden. Det handlar om allt det ljus eller andra signaler som hunnit färdas till oss sedan den kosmologiska expansionens början. Det observerbara universum är alltså en sfärisk volym (en boll) centrerad på observatören, oavsett hur universum som helhet ser ut. Varje plats i universum har sitt eget observerbara universum; dessa sfärer kan helt eller delvis överlappa eller vara skilda från varandra.

Vad betyder ”observerbar”?

Ordet observerbar betyder inte att modern teknik nödvändigtvis kan upptäcka allt i detta område, utan att det i princip är möjligt för ljus eller andra signaler från objektet att nå en observatör på jorden. I praktiken finns dock begränsningar:

• Elektromagnetisk strålning kan inte ge information från tiden före den tidpunkt då fria fotoner först kunde överleva utan att absorberas av täta laddade partiklar. Före detta var universum en ogenomskinlig plasma.
• Det vi idag ser i elektromagnetisk strålning når bak till tiden för rekombinationen (den så kallade ytan för sista spridningen), vilket ger bakgrundsstrålningen vi kallar kosmisk bakgrundsstrålning (CMB).
• Andra bärare av information, som relikneutriner eller gravitationsvågor, kan i teorin ge insikt om ännu tidigare epoker, men de är mycket svårare att observera.

Synligt kontra observerbart universum

Astrofysiker skiljer ofta mellan det synligarekombinationen) och det observerbara

Storlek — tal och begrepp

Det är viktigt att skilja mellan olika sätt att mäta avstånd i kosmologi:

• Egentligt/egenavstånd (proper distance) — avståndet mellan två punkter vid ett bestämt kosmiskt tidpunkt i universums expansion.
• Komovande avstånd — ett koordinatavstånd som är fixerat för objekt som följer universums expansion; det gör det enkelt att ange positioner över kosmisk tid.
• Partikelhorisont — det maximala komovande avstånd från vilket ljus kunde nå oss sedan universums början; detta definierar kanten av det observerbara universum.

En ofta använd siffra är att radien för det synliga universum (sett i elektromagnetisk strålning från rekombinationen) ligger nära 14,0 miljarder parsec — ungefär 45,7 miljarder ljusår — medan det komovande avståndet till kanten av det observerbara universum är ungefär 14,3 miljarder parsec (cirka 46–47 miljarder ljusår). Det innebär en diameter på ungefär 28 miljarder parsec, dvs. omkring 93 miljarder ljusår. Därför kan vi observera föremål som idag befinner sig mycket längre bort än universums ålder i ljusår (≈13,8 miljarder år) eftersom rymden mellan oss och föremålen har expanderat under tiden.

Åldern på universum

Senaste kosmologiska mätningar (t.ex. Planck-satellitens analyser) ger en ålder för universum omkring 13,797 ± 0,021 miljarder år. Den uppskattade åldern påverkar beräkningar av horisontens storlek och avståndsberäkningar i modeller av kosmologisk expansion.

Varför kan vi se föremål som verkar vara längre bort än 13,8 miljarder ljusår?

Ljuset som når oss nu från mycket avlägsna galaxer sändes ut när dessa galaxer låg mycket närmare oss. På grund av universums expansion har avståndet till dessa objekt ökat sedan ljuset sändes. Därför kan ett föremål ha varit bara några hundra miljoner ljusår bort när det skickade det ljus vi nu ser, men befinna sig idag på ett proper avstånd på tiotusentals miljoner ljusår.

Horisonter och begränsningar

• Partikelhorisonten bestämmer vad vi hittills kan påverkas av eller observera — den begränsning som definierar det observerbara universum.
• Händelsehorisonten (cosmic event horizon) är en annan gräns: på grund av den accelererande expansionen finns det regioner vars händelser vi aldrig kommer att kunna observera, oavsett hur lång tid vi väntar.

Vad finns bortom det observerbara universum?

Vi vet inte — det observerbara universum är bara den del av hela kosmos som vi kan nå med information. Det hela universumet kan vara mycket större än det observerbara, och i många modeller även oändligt. Observationer och teori antyder att på mycket stora skalor är universum homogent och isotropt, men vad som finns bortom vår horisont förblir osäkert och är föremål för både teoretiska spekulationer och indirekta inferenser från kosmologiska modeller.

Hur kan vi lära oss mer om de allra tidigaste epokerna?

Elektromagnetisk strålning når oss bara tillbaka till rekombinationen; för att utforska ännu tidigare tider behöver vi andra signaler:

• Relikneutriner — en bakgrund av neutriner från mycket tidiga skeenden, svåra men inte omöjliga att detektera i framtiden.
• Primordiala gravitationsvågor — om de finns, kan de ge direkt information om inflationsepoken; sökandet efter deras signatur i CMB-polarisering och i framtida gravitationsvågsdetektorer pågår aktivt.

Sammanfattningsvis: det observerbara universum är den sfär runt oss från vilken ljus eller andra signaler teoretiskt kan nå oss sedan universums början. Dess radie sträcker sig idag till cirka 46–47 miljarder ljusår (diametern cirka 93 miljarder ljusår), men detta säger inget om universums totala utsträckning bortom vår horisont.

Frågor och svar

F: Vad är Big Bang-kosmologin?

F: Vad är ett observerbart universum?

F: Hur långt bakåt i tiden kan vi se ljus?

F: Vad är skillnaden mellan synliga och observerbara universum?

F: Hur stor är radien för det synliga universumet?

Fråga: Hur gammal är universums beräknade ålder?

Sök med bokstav