Rozszerzający się wszechświat komplikuje pomiar odległości, ponieważ przestrzeń nie pozostaje nieruchoma, gdy światło przez nią podróżuje. Galaktyki nadal emitują światło, ale to światło może spędzić miliardy lat przemierzając kosmos, zanim do nas dotrze. Podczas tej podróży wszechświat ciągle się rozszerza, zwiększając średnią odległość między galaktykami (tak, wiemy, że galaktyki mogą się zderzać, ale średnio, w dużej skali, oddalają się od siebie).

Oznacza to, że gdy teleskop rejestruje światło z odległej galaktyki, obraz nie pokazuje, gdzie ta galaktyka jest dzisiaj. Pokazuje galaktykę taką, jaką była, gdy światło rozpoczęło swoją podróż. Aby oszacować jej obecną odległość, astronomowie muszą użyć modelu kosmologicznego, który uwzględnia, jak wszechświat rozszerzał się w czasie.

Wiodącym modelem używanym obecnie jest LCDM. Zawiera on ciemną materię (inny odcinek) i ciemną energię (inny odcinek). Mocne i słabe strony LCDM warto omówić osobno (inny odcinek), ale alternatywne modele nie zmieniają znacząco ogólnego obrazu opisanego tutaj.

Wszechświat ma około 13,77 miliarda lat, ale najdalsze regiony, które możemy obserwować, są obecnie oddalone o około 45 miliardów lat świetlnych. Przestrzeń rozszerzała się przez cały czas, gdy ich światło podróżowało w naszą stronę.

Ta granica znana jest jako horyzont cząstek, horyzont kosmologiczny lub horyzont komobilny, w zależności od tego, jak stylowo się czujesz w danym momencie. Określa zewnętrzną krawędź naszej obserwowalnej bańki i oznacza największą odległość, jaką możemy dziś zobaczyć.

Na pierwszy rzut oka liczby wydają się sprzeczne. Jak obserwowalny wszechświat może rozciągać się na 45 miliardów lat świetlnych, skoro ma tylko 13,77 miliarda lat? Odpowiedź brzmi: wszechświat może rozszerzać się szybciej niż światło.

Dlaczego rozszerzanie się szybciej niż światło jest dozwolone

Nie narusza to praw fizyki. Prędkość światła ogranicza, jak szybko obiekty mogą poruszać się w przestrzeni w lokalnym regionie. Obserwator nigdy nie zobaczy pobliskiej rakiety przelatującej szybciej niż światło.

Ekspansja kosmiczna jest inna. Odległe galaktyki niekoniecznie pędzą przez przestrzeń w zwykłym sensie. Zamiast tego, przestrzeń między nami a tymi galaktykami rośnie. Szczególna teoria względności nie nakłada takich samych ograniczeń na to, jak szybko duże odległości mogą wzrastać we wszechświecie.

Astronomowie mogą oszacować, jak szybko galaktyka się oddala, mierząc jej przesunięcie ku czerwieni. Gdy galaktyka się oddala, jej światło jest rozciągane w kierunku dłuższych fal w widmie elektromagnetycznym. Edwin Hubble wykorzystał ten efekt, aby odkryć dowody na rozszerzanie się wszechświata.

W rozszerzającym się wszechświecie bardziej odległe galaktyki generalnie oddalają się szybciej, ponieważ między nimi a nami znajduje się więcej przestrzeni. Więcej przestrzeni oznacza więcej odległości, która może się rozszerzać.

Punkt, w którym galaktyki zaczynają oddalać się szybciej niż światło, nazywany jest odległością Hubble'a. Znajduje się około 13,77 miliarda lat świetlnych stąd.

Dlaczego wciąż możemy widzieć szybciej poruszające się galaktyki

Możemy obserwować galaktyki poza odległością Hubble'a, ponieważ światło docierające do nas dzisiaj zostało wyemitowane dawno temu, gdy te galaktyki były znacznie bliżej. Możemy również ostatecznie otrzymać światło z niektórych galaktyk znajdujących się jeszcze dalej, pod warunkiem że światło zaczęło podróżować w naszą stronę, gdy galaktyki były bliżej.

Istnieje jednak ostateczna granica zwana kosmologicznym horyzontem zdarzeń (który jest nieco inny niż horyzont zdarzeń czarnej dziury). Obecnie znajduje się około 17 miliardów lat świetlnych stąd.

Jakiekolwiek światło wyemitowane TERAZ zza tej granicy NIGDY do nas nie dotrze, bez względu na to, jak długo będziemy czekać. Rozszerzanie się przestrzeni uniemożliwi mu pokonanie rosnącej odległości.

Przyspieszająca ekspansja napędzana przez ciemną energię czyni to oddzielenie jeszcze bardziej ekstremalnym. Kosmologiczny horyzont zdarzeń będzie się rozszerzał w przyszłości, ale ostatecznie osiągnie maksymalną odległość około 60 miliardów lat świetlnych.

Nawet wtedy obserwatorzy nie będą mogli zobaczyć wszystkiego w tej odległości. Światło z naj