宇宙の150億光年より先

質問

このサイトでは「半径150億光年より向こうは宇宙の外側です」というような回答が多数ありますが、そんなことはありません。半径150億光年はそれより先は観測できない「地平線」ですが、宇宙は地平線を越えて一様であることが分かっています。これは「地平線問題」と言われ、インフレーション宇宙論がこれを解決したことも有名です。つまり150億光年より向こうは「宇宙の外側」などではなく、こちら側と同じ様な宇宙が続いているのです。それはともかく、150億光年より先のことは分からないはずです。しかし最近の観測では「宇宙は24Gpcより大きい」と言われています（http://www.aip.org/pnu/2004/split/685-1.html 、Cornish et al.:Phys. Rev. Lett. 92, 201302 (2004)）。この24Gpcという数字は150億光年より大きいように思います。150億光年より先のことがなぜ分かるのでしょうか。

回答No.8

ryn

代入すべき現在の値などに詳しくないのでちょっと混乱してきました．

まだ目を通していないのですが，No.2 で挙げた日経サイエンスの記事
「ビッグバンをめぐる６つの誤解」
の著者の論文をプレプリントサーバで見つけましたのでご覧になってみてください．
http://xxx.lanl.gov/PS_cache/astro-ph/pdf/0310/0310808.pdf

参考URL：

http://xxx.lanl.gov/PS_cache/astro-ph/pdf/0310/0310808.pdf

お礼

ご回答ありがとうございます。お礼が遅くなって申し訳ございませんでした。「ビッグバンをめぐる６つの誤解」で言及されているものの中には私も間違えやすいのではないかと思っていたものも含まれていました。ただ宇宙の膨張を考慮すると見える範囲は宇宙の年齢×光速の約３倍となっていますが、私の計算では2倍になります。宇宙の年齢を130億年として３倍は390億光年で直径にすると780億後年。これは2.4Gpcにほぼ等しくなります。この計算で良いのかは分かりませんが。

回答No.7

ryn

> 空間の膨張も加味して求めた値なのですが…
それは失礼いたしました．

ところで，qid=1278360 における質問者さんの回答を追ってみたのですが，
そこに答えがあるのではないでしょうか？

膨張の仕方は宇宙の初期では輻射のエネルギーで満たされているので
　a∝t^(1/2)
のように時間の 1/2 乗に比例します．
(物質優勢の場合は 2/3 乗に比例ですが
あとで見るように今はどちらでもよいです．)

一方で地平線までの距離は宇宙の年齢に比例することもご自身で導かれています．

ここで，横軸に時間，縦軸にスケールをとって
地平線(∝t)と空間の大きさ(∝t^(1/2) or t^(2/3))のグラフを書いてみます．
例えばある時刻で地平線が100億光年だとすると
その時刻では100億光年までが見えることになりますが，
少し時間をさかのぼると100億光年離れた星は
地平線の向こうにあったことはグラフを見ればわかります．

ざっくりとした話で申し訳ないですが，こういうことだと思います．

お礼

ご回答ありがとうございます。お礼が遅くなって申し訳ございませんでした。もちろん、時間が経つほど遠くまで見えてくるのですが、これは将来は150億光年より先も見えてくると言うことであって、現時点で24Gpcまで分かることの説明にはならないと思います。

回答No.6

ryn

No.2 です．

どうもインフレーションかどうかは特に関係ないようですね．
ある天体から出た光子が地球に届くまでの間も空間自体が膨張するので，
150億光年以遠からの光も観測できるということのようです．

お礼

御回答ありがとうございます。下にも書いた様に地平線までの距離は空間の膨張も加味して求めた値なのですが…

回答No.5

tomtom_

私には，なぜ「150億光年より先のことがなぜ分かるのでしょうか」と思われるのが分からなくなりました．
想像するに，「150億光年より向こうは「宇宙の外側」などではなく、こちら側と同じ様な宇宙が続いているのです」とあることから，閉じた宇宙を認めずに，平坦な宇宙もしくは開いた宇宙を信じておられるのではないでしょうか．
仮定の異なるモデルの是非を論じている可能性があります．例えばくるっと光が宇宙の初期に宇宙を一周して観測される閉じた宇宙のモデルを考えながら（膨張の過程で閉じた・開いたが変わる可能性はあります），「宇宙は平坦なはずだ・・・くるっと一周するはずがない」と考えるのは無駄です．
光線の運動方程式を宇宙モデルに基づいてきちんと解いてみてはいかがでしょう．今なら，数式処理ソフトを入手すれば普通のパソコンで簡単にアインシュタイン方程式が解けますし，その解に基づいて測地線の方程式も解けます．また，我々が提唱するように，測地線の方程式を無視してハミルトンの正準方程式を解くほうが早いのでお勧めです．具体的に解くことで，変な疑問は解消されると思います．

お礼

私にはあなたがなぜ回答できると考えていらっしゃるのかが分かりません。26Gpc<150億光年という不等式がおかしいと言うことは宇宙のモデルとは何の関係もありません。

回答No.4

tomtom_

ひょっとして，PRLの著者達が，最近発された光を観測しようとしていると勘違いなさっているのではないでしょうか？それはもちろん150億年かかってしまうので，光は届きません．
既に150億年かけて移動している，150億年前の光を観測しようとしているので，光は届く可能性はあります．

お礼

昔の光ほど遠い所から来ることは最初から織り込み済みです。こんな回答をしないで頂きたいと思います。

回答No.3

tomtom_

ええと，彼らは非常に遠方の銀河の観測をしています．つまり，宇宙の初期の放射ですね．んで，そんな昔は宇宙は今ほど大きくなかったので，光はくるっとすぐに宇宙を一周します（イメージです，イメージ．少なくとも150億年はかからなかった，ということです，念のため）

だから，そのような同じ光のペアが見つかるはずだという主張のように思えます．

それほど詳しく検討したわけじゃないので，詳細について書いていると嘘があるような気もしてきました．
どなたかツッコミや御指摘をよろしくお願いします．

お礼

御回答ありがとうございます。地平線までの距離が150億光年というのは宇宙の膨張も考慮して求めたものです（http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1278360 参照）。宇宙が昔は小さかったとしても現在150億光年以上離れている場所からの光は届きません。地平線という概念をきちんと理解されていますか。

回答No.2

ryn

ご質問の本質ではないですが，
最近の研究では137億年ほどとなっているようです．

> 150億光年より先のことがなぜ分かるのでしょうか。
宇宙は専門でないので数式を用いて証明出来ませんが，
インフレーションの膨張との兼ね合いで
地平線のこちら側に入ってくる光があるようです．

日経サイエンスの2005年6月号に
関連記事がありましたのでご覧になってみてください．

回答No.1

tomtom_

提示して頂いたWebにアブストラクトが書いてありますが，こういうことのようです．

有限で閉じた宇宙だったら，星が出した光と，その光がぐるっと宇宙を一周してきた光と両方が見えるはずで，何重にも星が見えるはずだ．しかし，観測結果からそのようなものは見えない．従って，有限だとしてももっともっと宇宙は広いはずだ．

面白い話であり，コンピュータ・シミュレーションをするのも容易なモデルだと思いますが，まあ，Physical Review LettersやPhysical Review Dで無限に提案されている仮説の一つと思ってよい良いようです．

お礼

御回答ありがとうございます。かりに宇宙に150億光年より大きいスケールの繰り返し構造があったとしても光がぐるっと宇宙を一周して戻ってくるのを観測することはできませんよね？したがって、この方法では150億光年より小さいtopological scaleがあるかどうかは分かっても、それより大きなスケールについては何も言えないはずです。私が質問しているのはそういうことです。