Uzak cisimler büyütülmüş görünmeli değil mi?

 (astronomy.stackexchange.com)
1 puan yazan GN⁺ 2023-08-21 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • Evrenin genişlemesinde, mesafe arttıkça cisimler her zaman küçülmez; belli bir noktadan sonra açısal çap uzaklığı dönüm noktası nedeniyle yeniden daha büyük görünebilir
  • Standart ΛCDM modelinde bu dönüm noktası yaklaşık kırmızıya kayma 1,5, uzaklık yaklaşık 15 milyar ışık yılı ve ışığın yolculuk süresi yaklaşık 10 milyar yıl civarındadır
  • Büyük Patlama'dan 400 milyon yıl sonraki bir galaksi, bugünkü uzaklıkla yaklaşık 32 milyar ışık yılı uzakta olsa da, görünür boyutu yaklaşık 2,7 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksiye benzer olabilir
  • Yakındaki galaksiler büyük ve parlak görünür, daha uzaktakiler küçülür; çok uzak galaksiler ise yeniden büyük, karanlık ve kırmızı görünebilir
  • Bu uzaklıklar, evrenin genişleme parametrelerine duyarlı yuvarlatılmış değerlerdir ve hesaplama örnekleri Ned Wright'ın hesaplayıcısı temel alınarak verilmiştir

Açısal çap uzaklığı dönüm noktası

  • Çıkış noktası, uzayın kendisi genişliyorsa çok uzak cisimlerin büyütülmüş görünmesi gerekip gerekmediği sorusudur
  • Örnek olarak JWST'nin gözlemlediği, Büyük Patlama'dan yaklaşık 400 milyon yıl sonraki bir galaksi ele alınıyor
  • Etkinin yalnızca gözlemlenebilir ufkun dışında mı belirginleştiği ve o dönemde uzayın ölçeğinin bugüne göre ne kadar farklı olduğu da inceleniyor

Standart ΛCDM'deki referans noktası

  • Evrenin genişleme modellerinde bu olgu gerçekten mümkündür ve buna Angular diameter distance turnaround ya da turnover denir
  • Genel ΛCDM modelinde dönüm noktası kabaca şu aralıktadır
    • kırmızıya kayma yaklaşık 1.5
    • uzaklık yaklaşık 15 milyar ışık yılı
    • ışığın yolculuk süresi yaklaşık 10 milyar yıl
    • Büyük Patlama'dan yaklaşık 4 milyar yıl sonra
  • Söz konusu uzaklık, uzayın genişlemesinin etkisi nedeniyle yalnızca ışığın yolculuk süresinden basitçe çevrilen uzaklıktan daha büyüktür
  • Sayılar, evrenin genişleme parametrelerine duyarlı olduğundan yuvarlatılmış değerler olarak görülmelidir

JWST erken dönem galaksi örneği

  • Büyük Patlama'dan yaklaşık 400 milyon yıl sonraki bir galaksi, bugünkü uzaklıkla yaklaşık 32 milyar ışık yılına karşılık gelir
  • Yalnızca görünür boyuta bakıldığında, bu galaksi yaklaşık 2,7 milyar ışık yılı uzaktaki bir galaksiye benzer görünebilir
  • Bu hesaplama değeri, Ned Wright'ın hesaplayıcısından alınan bir örnek olarak kullanılıyor

Görsel olarak anlamaya yardımcı kaynaklar

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2023-08-21
Hacker News yorumları

  • "Expanding Confusion" (2003) adlı eğitici makale [0]https://arxiv.org/pdf/astro-ph/0310808.pdf bu konuda bir klasik; okumaya değer.
    Nesnelere göre ivmelenerek genişleyen bir evreni [1]https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-expansion-n... ve sabit, sonlu ışık hızını Öklidçi zihninizde aynı anda tutmaya çalışmak baş döndürücü olabilir.
    Şekiller çizerek, sezgiye aykırı sonuçları elle zahmetle çıkarma sürecinden keyif almaya hazır olmak gerek.

  • Şunu akla getiriyor: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Terrell_rotation
    Görelilikçi hızlarda hareket edince, aslında düz gidiyor olsa bile gözlemciye dönüyormuş gibi görünür; hatta nesnenin arka tarafı bile görülebilir.

    • Bu video https://www.youtube.com/watch?v=ge_j31Yx_yk Terrell rotation ve diğer etkileri bir oyun motoru içinde açıklıyor.
    • Açıklama çok net değildi, anlamam biraz sürdü ama sonunda kafama yattı.
      Nesnenin farklı kısımlarından çıkan ışığın gözlemciye ulaşması arasında zaman farkı oluşmasından kaynaklanıyor.
      Uzak taraftan gelen ışık daha uzun sürüyor ve bu sırada nesne hareket etmeye devam ediyor.
      Bu yüzden nesnenin arka tarafının görülmesinin nedeni, arka taraftan çıkan ışık yol alırken nesnenin arka kısmının o ışığın yolundan çekilmesi.
    • Şaşırtıcı. Uzunluk büzülmesi videolarını çok gördüm ama böyle bir şeyden neredeyse hiç bahsedildiğini görmedim.
      Işığa yakın hızlarda hareket eden bir nesnenin şekli, gözlemciye yassılaşıp “ezilmiş” gibi değil, dönmüş gibi görünür demek.
    • Evren gerçekten tuhaf. Onu yapan kişi KISS ilkesini pek sevmemiş gibi.

  • Kozmik mikrodalga arka plan ışımasını bu olgunun sınırı olarak görmek makul olur mu?
    Big Bang’in kalıntısının olabildiğince büyütülmüş ve bugün mümkün olduğu kadar kırmızıya kaymış hali gibi düşünülebilir mi, merak ediyorum.

    • Kozmik mikrodalga arka plan ışıması için tutarlı bir açıklama kurulabilir gibi, ama bu alışılmış açıklama değil.
      Bu alternatifte evrenin ışığa saydam hale geldiği an, arka plan ışımasında görünen andan biraz önce olur; ondan “daha uzaktaki” her şey de bizim ışık konimizin dışında gerçekleşmiş olur.
      Yani teknik anlamda “elsewhere”dir (https://web.phys.ksu.edu/fascination/Interlude1.pdf).
      Bu alternatifte evrenin genişlemesi, ışık konimizin dışındaki madde ile içindeki madde arasındaki kütleçekimsel çekim ile de açıklanabilir gibi görünüyor.
      Muhtemelen bunun neden doğru olmadığına dair bir argüman vardır ama onu pek bilmiyorum.
      Neden özellikle tarihin o anı olması gerektiğini açıklamak gerekir.
      Maksimum mesafe sabit de, “en uzak geçmişteki” nokta zaman içinde ileri kayarken kozmik mikrodalga arka plan ışıması bizim henüz fark etmediğimiz bir biçimde ince ince değişiyor olabilir mi?
      Ya da o anda ışık hızı bir nedenle değişmiş ve evrenin geri kalanı görüş alanımızdan kesilip atılmış olabilir.
    • O zaman özünde, devasa bir kozmik arka plan ışıması kütlesi ışık yaydığı sırada atom boyutlarında mıydı demek oluyor?

  • Güzel. Derste duyup da pek düşünmeden geçilen konular var; biri “bir dakika” deyip durdurana kadar ne kadar baş döndürücü oldukları anlaşılmıyor.
    Poynting vektörünün yorumu da böyle bir örnek.

  • Bir adım daha ileri gidelim. Teleskobun yeterince büyük, sensörün de yeterince hassas olduğunu varsayarsak, en derin evrenin yapısı nasıl görünürdü?
    Galaksiler oluşmadan önce, galaksilerden daha küçük ama gökyüzünde devasa alan kaplayan yapılar var mıydı?
    Geçmişteki bir döneme ait yapılar gökyüzünde o kadar büyük bir alan kaplıyor olabilir mi ki yalnızca birkaç tanesi “sığsın”; öyleyse bunun nedeni hesap bakımından, o dönemde bize gözlemlenebilir evren bölgesinin çok daha küçük olmasıyla eşdeğer şekilde açıklanabilir mi?

    • Görebileceğimiz en uzak yer, evrenin fiziksel sınırıdır. Evren saydam hale geldikten sonra çıkan ilk fotonları kelimenin tam anlamıyla görüyoruz; bu da kozmik mikrodalga arka plan ışımasıdır.
      Gerçek fotoğrafını kolayca bulabilirsiniz.
      Sorun şu ki bunlar görebildiğimiz en eski fotonlar olsa da, yine de evren yaklaşık 400 bin yaşındayken gelmişlerdir ve o sırada evrenin genişliği yaklaşık 100 milyon ışık yılıydı.
      O fotoğraf evrenin neredeyse tamamen homojen olduğunu gösterir; sorduğunuz türden yapılar temelde yoktu.
      Daha uzağı görmek için fotonlardan tamamen vazgeçip, muhtemelen kütleçekim dalgalarıyla çok erken evreni araştırmak gerekir.
      Kütleçekim dalgaları, ondan önceki tamamen opak evreni gösterebilmelidir.
      Şimdilik kütleçekim dalgası gözlemevleriyle evrendeki yalnızca en parlak ve en gürültülü olayları “görebiliyor/duyabiliyoruz”; ama bunun mümkün olması bile şaşırtıcı.
      İnsanlık, bilinen hiçbir canlıda olmayan yeni bir duyu yaratmış sayılır ve LISA projesi daha fazlasını duyabilecektir.

  • İlginç. İlgili bir sorum var. Çapı 220 bin ışık yılı olan Andromeda’ya baktığımızda onu biraz yandan görüyoruz.
    Galaksi o 220 bin yıl boyunca bize göre hareket etmiş olduğundan, arka kenardaki yıldızlar ön kenardaki yıldızlara kıyasla gökyüzünde göreli olarak farklı konumlarda olmamalı mı?

    • Evet. Ve tabii ki gerçekte de öyle.

  • Böyle uzak nesneleri gözlemlerken beni her zaman rahatsız eden şey zaman gecikmesi.
    Işığın bir yönde yol alması 4 ışık yılı sürüyorsa, bu başlangıç noktasındaki gözlemciye göredir; bizim gözlemlediğimiz foton açısından 4 yıldan çok daha kısa değil mi? Zaten ‘yıl’ diye konuşulabilir mi?
    O yüzden teleskopla Alpha Centauri’ye baktığımızda gerçekten 4 yıl önceki Alpha Centauri’yi mi görüyoruz? Çok daha yakın geçmiş değil mi?
    Yoksa 30 yaşındaki biri Alpha Centauri’den Dünya’ya ışık hızında yolculuk ederse, vardığında yaklaşık 31 yaşında olup 4 yıl sonra mı varır ve fiilen geleceğe zaman yolculuğu yapmış mı olur? Hemen geri dönerse Alpha Centauri’deki insanlar 8 yıl sonra geri gelmiş yaklaşık 32 yaşındaki biriyle mi karşılaşır?
    Öyleyse Superman’in Dünya’nın etrafında çok hızlı uçarak zaman yolculuğu yapma fikri, yönü geçmiş değil de gelecek olduğu sürece doğru olabilirdi.
    Bir gün bir milyarder, Güneş Sistemi çevresinde onlarca yıl çok hızlı dönüp yaklaşık bir yüzyıl atlamaya çalışabilir.

    • Uzman olmadığımı akılda tutmak gerek.
      Alpha Centauri ile Dünya arasında hareket eden bir foton zamanı deneyimlemez, dolayısıyla fiilen anında varır.
      Ama gözlemci olan biz, bu yolculuğun 4 yıl sürdüğünü görürüz.
      Bunun yakın geçmiş olup olmadığı göreli bir mesele, bu yüzden çok anlamlı değil.
      Foton açısından yakın geçmiş; bizim açımızdan ise o ışık 4 yıllıktır.

  • O zaman böyle nesneleri tespit etmek daha zorlaşacak gibi. Işık daha geniş bir alana yayıldığı için, dedektörün her pikseline ulaşan ışık miktarı büyütülmemiş duruma göre azalır.
    Tersinden bakarsak, normalde göremeyeceğimiz ayrıntı yapılarını görebilir hale geldiğimiz anlamına da gelir.

  • Bu epey sarsıcı. Bağlantı verilen xkcd bu etkiyi harika, belki de abartılı biçimde gösteriyor.
    Aynadaki nesneler göründüklerinden daha uzakta olabilir.