宇宙单位“光年” 难道多少光年外就是多少年前发生的事吗?
光年是光一年走过的距离,但是不能笼统的说“多少光年外就是多少年前发生的事”。
这是因为宇宙在膨胀,而且宇宙膨胀的的速度取决于观测者和被观测者之间的距离。
两者离得越远,测得的膨胀速度越快。一个常用的比喻是,想象我们的宇宙是一个正在吹大的气球,气球上两点离得越远,它们互相之间远离的速度就越大。
也就是说,对于离得比较近的天体,宇宙膨胀的效果并不明显。比如说宇宙在膨胀,但是我们的房子并没有因此变成更大面积的房子,我们的地球并没有快速远离太阳,我们的银河系甚至还在向附近的仙女星系靠近。
在房子、太阳系、星系群、星系团这些尺度上,引力还是在唱主角的,这时候说“多少光年外就是多少年前发生的事”是没有什么太大问题的。
最新的宇宙模型的计算表明,只有到了比星系团还大的尺度,这个尺度比1.3亿光年还大不少,宇宙膨胀的速度才会变得十分可观,
比如某个天体在3.43亿年前发出的光跑到地球的时候,这个天体会因为宇宙膨胀跑到3.47亿光年远的地方,两者的差别在小数点后第二位;
某个天体在6.74亿年前发出的光跑到地球的时候,这个天体会因为宇宙膨胀跑到6.91亿光年远的地方了,这次的差别在小数点后一位;要是距离更远的话差别会更明显,比如130亿年前发出的光到达地球的时候,光源离我们的距离已经有290亿光年远了,这时候说“多少光年外就是多少年前发生的事”就很不合适了。
虽然光年是一个长度单位,但其中也包含了时间信息,这与光年的定义有关。一光年就是指光在一年中走过的距离(真空),以此类推,10光年就是指光在10年中走过的距离。不久前,天文学家探测到了GW170817引力波信号,这是由两颗中子星互相合并所产生的。
在NGC 4993星系中,两颗中子星合并所释放出的引力波在宇宙空间中行进了1.3亿光年的距离才到达地球,由于引力波的传播速度也是光速,这意味着引力波在1.3亿年前就已经被释放出来,所以我们探测到的是1.3亿年前的事件。
几乎在同一时候,天文学家还在引力波方向探测了强烈的伽马射线暴。同样地,这两颗中子星合并所释放出的伽马射线暴也是在宇宙空间中走了1.3亿光年的距离才到达地球,我们探测到的伽马射线暴已经有1.3亿年的历史。
然而,对于十分遥远的天体,光在宇宙中的传播距离和这个天体现在与地球的距离相差很大,这是因为宇宙正在膨胀。距离地球越远的天体,它们远离地球的速度也越快。
例如,类星体ULAS J1120+0641发出的光在宇宙中传播了129亿光年到达地球,我们看到的就是这个类星体在129亿年前的样子。由于在过去的129亿年里,宇宙在不断膨胀,所以这个类星体已经退行到距离地球288.5亿光年的地方(这被称为固有距离或者共动距离),这也意味着该天体发出的光再也无法被我们看到。
再比如星系GN-z11,它发出的光在宇宙中传播了134亿光年到达地球,但由于宇宙的膨胀,这个星系目前与地球相距320亿光年。因此,在谈论宇宙中遥远天体的距离时,一定要指明是哪个距离。