膨胀的宇宙让测量距离变得更复杂,因为空间在光穿越时并非固定不变。星系持续发光,但光可能需要数十亿年才能跨越宇宙到达我们。在这段旅程中,宇宙不断膨胀,增加了星系之间的平均距离(是的,我们知道星系会碰撞,但平均而言,在大尺度上,它们正在远离)。

这意味着,当望远镜捕捉到遥远星系的光时,图像并不显示该星系今天的位置。它显示的是光开始旅程时星系的样子。要估算它现在的距离,天文学家必须使用一个宇宙学模型,该模型考虑了宇宙随时间膨胀的方式。

目前使用的主要模型称为LCDM。它包括暗物质(另一集)和暗能量(另一集)。LCDM的优势和局限性值得单独讨论(另一集),但替代模型并不会显著改变这里描述的整体图景。

宇宙大约有137.7亿年历史,但我们能观察到的最远区域现在大约有450亿光年远。空间在它们的光向我们传播的整个过程中一直在膨胀。

这个边界被称为粒子视界、宇宙学视界或同移视界,取决于你当时感觉有多时髦。它定义了我们可观测气泡的外缘,标志着我们今天能看到的最远距离。

起初,这些数字似乎矛盾。可观测宇宙如何能延伸450亿光年,而宇宙只有137.7亿年历史?答案是宇宙可以比光速膨胀得更快。

为什么超光速膨胀是允许的

这并不违反物理定律。光速限制了物体在局部区域中穿过空间的速度。观察者永远不会看到附近的火箭飞船以超光速经过。

宇宙膨胀则不同。遥远的星系并不一定以通常意义在空间中飞驰。相反,我们与这些星系之间的空间正在增长。狭义相对论对宇宙中大距离的快速增加没有同样的限制。

天文学家可以通过测量红移来估计星系远离的速度。当星系远离时,它的光被拉伸到电磁波谱中更红的波长。埃德温·哈勃利用这种效应发现了宇宙膨胀的证据。

在膨胀的宇宙中,更远的星系通常远离得更快,因为它们与我们之间有更多的空间。更多的空间意味着更多的距离可以膨胀。

星系开始以超光速远离的点称为哈勃距离。它大约在137.7亿光年之外。

为什么我们仍然能看到更快的星系

我们可以观察到哈勃距离之外的星系,因为今天到达我们的光是在很久以前发射的,当时那些星系离我们更近。我们最终也可能接收到一些更远星系的光,前提是光在星系较近时开始向我们传播。

然而,有一个终极极限称为宇宙学事件视界(与黑洞事件视界略有不同)。它目前大约在170亿光年之外。

现在从那个边界之外发出的任何光将永远无法到达我们,无论我们等多久。空间的膨胀将阻止它跨越不断增长的距离。

由暗能量驱动的加速膨胀使这种分离更加极端。宇宙学事件视界未来将继续膨胀,但最终会接近约600亿光年的最大距离。

即便如此,观察者也无法看到该距离内的一切。来自最远星系的光