Obserwowalny wszechświat: jak daleko możemy obserwować?

Wszechświat ma około 13,8 miliarda lat (Planck 2018: 13,787 miliarda, z dokładnością do 0,020 miliarda). Światło może do nas dotrzeć tylko z miejsc, które były wystarczająco blisko, aby dotarło do nas w tym czasie. Wszystko, co znajduje się dalej, jest poza zasięgiem naszego wzroku, po prostu dlatego, że jego światło jeszcze do nas nie dotarło. Kula obejmująca wszystko, co w zasadzie możemy zobaczyć, to obserwowalny Wszechświat. Znajdujemy się w jego środku, ponieważ jest on zdefiniowany przez to, co dociera do nas.

Czy ma promień 13,8 miliarda lat świetlnych? Prawie, ale nie. Jego promień wynosi około 46,5 miliarda lat świetlnych (czyli ma około 93 miliardów lat świetlnych średnicy).

Dlaczego 46, a nie 13,8? Ponieważ przestrzeń rozszerzała się, gdy światło podróżowało. Wyobraź sobie biegacza na torze, który jest rozciągany: kiedy biegacz biegnie, linia mety oddala się coraz bardziej. Światło, które właśnie do nas dotarło, wyruszyło ze swojego źródła dawno temu, gdy źródło znajdowało się znacznie bliżej. W czasie podróży światła rozszerzająca się przestrzeń zaniosła źródło dalej. Dziś źródło znajduje się około 46 miliardów lat świetlnych od nas.

W grę wchodzą dwie różne odległości:

• odległość pokonana przez światło (13,8 miliarda lat świetlnych w przypadku najstarszego światła) oraz
• dzisiejsza odległość, po rozciągnięciu przestrzeni (do 46,5 miliarda lat świetlnych). Astronomowie nazywają ją odległością współporuszającą się; wrócimy do niej w Świecie 2.

Materia, która wyemitowała najstarsze światło, jakie możemy zobaczyć, znajdowała się wtedy zaledwie około 40 milionów lat świetlnych od naszej materii.

Krawędź widoczności, a nie krawędź przestrzeni. Krawędź obserwowalnego Wszechświata przypomina horyzont na morzu. Nie możesz zobaczyć, co jest za nim, ale to nie znaczy, że ocean się tam kończy. Ktoś stojący na horyzoncie widzi swój własny horyzont, którego środek znajduje się w miejscu, gdzie stoi. To samo dotyczy Wszechświata: nie znamy jego krawędzi. Nie wiadomo, czy cały Wszechświat jest skończony, czy nieskończony; możemy tylko powiedzieć, że jest co najmniej tak duży jak widoczna przez nas część i być może znacznie większy.

Ile jest galaktyk? Obserwowalny Wszechświat zawiera setki miliardów do około dwóch bilionów galaktyk. Szacunki wciąż się zmieniają, gdy teleskopy stają się lepsze, więc każda pojedyncza liczba jest tylko przybliżeniem z szerokim zakresem.

Najbardziej odległe obiekty, które widzimy. Istnieją dwa rekordy.

• Najbardziej odległe galaktyki, jakie dotąd zaobserwowano, znalezione przez Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba (JWST), widzimy takimi, jakie były mniej niż 300 milionów lat po Wielkim Wybuchu (Świat 7).
• Najstarsze światło ze wszystkich to kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła (Świat 4), wyemitowane około 380 000 lat po Wielkim Wybuchu. Wcześniej Wszechświat był nieprzezroczystą, świecącą mgłą, więc nie możemy zobaczyć w świetle niczego z jeszcze wcześniejszego okresu. To jest nasz prawdziwy horyzont.