Sigbare heelal

Die **sigbare heelal** of **waarneembare heelal** is ’n sferiese streek van die heelal wat alle materie bevat wat tans waargeneem kan word van die Aarde af of met sy ruimtetuie en -teleskope, omdat elektromagnetiese straling van hierdie voorwerpe genoeg tyd gehad het om die Sonnestelsel en Aarde te bereik sedert die begin van die kosmiese uitdying. Daar is minstens 2&nbsp;biljoen (2&nbsp;x&nbsp;1012) sterrestelsels in die sigbare ruimte. As aangeneem word die heelal is isotropies (met dieselfde fisiese eienskappe in alle rigtings), is die afstand na die kant van die sigbare heelal oral rofweg dieselfde. Dus het die sigbare heelal ’n sferiese (ronde) volume, wat om die waarnemer gesentreer is. Elke plek in die heelal kan sy eie sigbare heelal hê (wat miskien of miskien nie oorvleuel met die een wat om die Aarde gesentreer is nie).

Die woord "waarneembaar" in hierdie sin verwys nie na die vermoë van moderne tegnologie om lig of ander inligting van ’n voorwerp te bespeur en of daar enigiets is om te bespeur nie. Dit verwys na die fisiese perk wat deur die ligsnelheid self geskep word. Omdat geen sein vinniger as lig kan beweeg nie, kan enige voorwerp wat verder van ons af weg is as wat lig kon beweeg in die bestaan van die heelal (geraam as sowat  jaar) eenvoudig nie bespeur word nie omdat die seine ons nog nie sou kon bereik nie. Soms onderskei astrofisici tussen die "sigbare" heelal, wat net seine insluit wat uitgestuur is sedert herkombinasie (toe waterstofatome gevorm het uit elektrone en protone, en fotone vrygestel is), en die "sigbare " heelal, wat seine insluit sedert die begin van die kosmiese uitdying (die Oerknal in tradisionele fisiese kosmologie, of die einde van die inflasie-epog in moderne kosmologie).

Die radius van die sigbare heelal word tans geraam op sowat 46,5&nbsp;miljard ligjare en sy deursnee op sowat 93&nbsp;miljard ligjare (28,5&nbsp;gigaparsek of 8,8&nbsp;×&nbsp;1026&nbsp;m. Die totale massa van gewone materie in die heelal kan bereken word deur die gebruik van die kritieke digtheid en die deursnee van die sigbare heelal, en is sowat 1,5&nbsp;×&nbsp;1053&nbsp;kg. In November 2018 het sterrekundiges aangekondig die ekstragalaktiese agtergrondlig is 4&nbsp;×&nbsp;1084 fotone.

Aangesien die heelal al hoe vinniger uitdy, sal alle voorwerpe wat tans sigbaar is, eindelik lyk of hulle in tyd gevries is terwyl hulle lig al hoe rooier en dowwer sal word. Voorwerpe met ’n huidige rooiverskuiwing *z* van 5 tot 10 sal byvoorbeeld nie vir langer as 4-6&nbsp;miljard jaar sigbaar wees nie. En lig wat uitgestraal word deur voorwerpe wat ver genoeg van ons af is, sal nooit die Aarde bereik nie.

## Heelal versus sigbare heelal 
Sommige dele van die heelal is te ver weg dat die lig wat dit sedert die Oerknal uitgestraal het, die Aarde of sy ruimte-instrumente kon bereik. Dit lê dus buite die sigbare heelal. In die toekoms sal die lig van verafgeleë sterrestelsels meer tyd gehad het om nader te beweeg, en dus sal meer streke van die heelal waarneembaar word. Vanweë die Wet van Hubble beweeg streke wat ver genoeg van die Aarde af is, egter vinniger as die ligsnelheid van ons af weg (spesiale relatiwiteit voorkom dat nabygeleë voorwerpe in dieselfde streek vinniger as lig kan beweeg met betrekking tot mekaar, maar daar is geen perk vir verafgeleë voorwerpe as die ruimte tussen hulle uitdy nie). Verder lyk dit of die heelal al hoe vinniger uitdy vanweë donker energie.

[duimnael|300px|links|Nog ’n voorstelling van die sigbare heelal. Die skaal is sodanig dat die fyn kolletjies groot getalle [superswerms verteenwoordig. Die Virgo-superswerm, waarin die Melkweg geleë is, word in die middel aangedui, maar is te klein om te sien.]]
As ’n mens aanneem donker energie bly konstant (’n onveranderlike kosmologiese konstante) sodat die heelal al hoe vinniger bly uitdy, is daar ’n "toekomstige sigbaarheidsperk" waarbuite voorwerpe nooit binne ons sigbare horison sal kom nie omdat lig buite daardie perk nooit die Aarde sal bereik nie. Dié toekomstige sigbaarheidsperk word bereken op ’n afstand van 62&nbsp;miljard ligjare (19&nbsp;miljard parsek), as die heelal vir ewig bly uitdy. Dit beteken die getal sterrestelsels wat ons ooit teoreties sal kan sien, is net met ’n faktor van 2,36 groter as die getal wat ons tans kan sien.

Hoewel meer sterrestelsels teoreties in die toekoms waarneembaar sal word, sal al hoe meer sterrestelsels dus uiterse rooiverskuiwing ondergaan weens die uitdying van die heelal – in so ’n mate dat dit sal lyk asof hulle uit sig verdwyn en onsigbaar word. ’n Klein uitsondering is dat ’n sterrestelsel op ’n gegewe afstand beskou word as binne die sigbare heelal as ons seine kan ontvang wat die sterrestelsel op enige tydstip in sy verlede (sê byvoorbeeld 500&nbsp;miljoen jaar ná die Oerknal) uitgestuur het, maar enige seine daarna weens die uitdying van die heelal nooit weer die Aarde sal bereik nie. Ons sal dus net kan sien hoe die sterrestelsel toe gelyk het en nie soos dit byvoorbeeld 10&nbsp;miljard jaar ná die Oerknal gelyk het nie.

Daar is geen bewyse dat die grens van die sigbare heelal ooreenstem met dié van die heelal as ’n geheel nie, of selfs dat die heelal enigsins ’n fisiese grens het nie. Daar is egter modelle wat voorstel dat dit eindig, maar onbegrens is, soos ’n hoërdimensie-analoog van die 2D-oppervlak van ’n sirkel wat eindig is, maar nie ’n eindpunt het nie.

Dit is moontlik dat die sterrestelsels in die sigbare heelal net ’n baie klein deel is van die stelsels in die heelal. Die teorie van kosmiese inflasie stel voor as ’n mens aanneem inflasie het sowat 10-37 sekondes ná die Oerknal begin en dat die grootte van die heelal voor die inflasie min of meer gelyk was aan die ligsnelheid gemaal met sy ouderdom, beteken dit die hele heelal se radius is tans minstens 3x1023 keer  dié van die sigbare heelal (109543 ligjare). Daar is ook kleiner ramings, soos dat die hele heelal se volume 250 keer dié van die sigbare heelal is (3 440 miljard ligjare), én groter ramings, soos dat die heelal minstens 101010122 megaparsek is.

As die heelal eindig maar onbegrens is, is dit ook moontlik dat dit kleiner as die sigbare heelal is. In so ’n geval kan sterrestelsels wat ons as baie verafgeleë waarneem, eintlik duplikaatbeelde wees van nabygeleë stelsels wat gevorm is deur lig wat rondom die heelal beweeg het. Dit is moeilik om dié hipotese eksperimenteel te toets, want verskillende beelde van ’n sterrestelsel sal verskillende tydperke in sy geskiedenis wys, en dus kan die beelde baie verskillend lyk.

## Grootte 
[duimnael|259x259px|Die [Hubble-ultradiepveld, ’n foto van ’n klein  streek van die sigbare heelal naby die sterrebeeld Oond (die luggrootte-ekwivalent word links onder in rooi aangedui, met die Maan se grootte in vergelyking). Elke ligpunt is ’n sterrestelsel, elk met miljarde sterre. Die lig van die kleinste sterrestelsels met die grootste rooiverskuiwing het amper 14&nbsp;miljard jaar gelede ontstaan.]]
Die afstand van die Aarde na die kant van die sigbare heelal is sowat 46,5&nbsp;miljard ligjare (14,26&nbsp;miljard persek of 4,4&nbsp;x&nbsp;1026&nbsp;m) in enige rigting. Die sigbare heelal is dus ’n sfeer met ’n deursnee van sowat 93&nbsp;miljard ligjare (28,5&nbsp;miljard parsek of 8,8&nbsp;x&nbsp;1026&nbsp;m). As ’n mens aanneem dat die ruimte rofweg plat is (in die sin van ’n Euklidiese ruimte), stem dit ooreen met ’n volume van sowat 4,22&nbsp;×&nbsp;105 gigaligjare3 (1,22&nbsp;×&nbsp;104 gigaparsek3 of 3,57&nbsp;×&nbsp;1080&nbsp;m3).

Die syfers hier bo is afstande nou (in kosmologiese tyd), nie afstande op die tyd toe die lig uitgestraal is nie. Die kosmiese mikrogolfagtergrond (KMA) wat ons vandag sien, is byvoorbeeld met die fotonontkoppeling uitgestraal, sowat  jaar ná die Oerknal of amper 13,8&nbsp;miljard jaar gelede. Die KMA is uitgestraal deur materie wat intussen meestal sterrestelsels gevorm het, en die afstand van hierdie sterrestelsels word nou geraam op 46&nbsp;miljard ligjare van ons af.

\! a(t) = \frac{1}{1 + z}.

Die rooiverskuiwing van fotonontkoppeling was na raming *z*&nbsp;=&nbsp;, wat impliseer die skaalfaktor op die tyd van fotonontkoppeling was . As die materie wat die oudste KMA-fotone uitgestraal het ’n huidige afstand van 46&nbsp;miljard ligjare het, sou die afstand op die tyd van ontkoppeling, toe die fotone aanvanklik uitgestraal is, dus net sowat 42&nbsp;miljoen ligjare gewees het.

### Wanopvattings oor die grootte 
[duimnael|259px|’n Voorbeeld van die wanopvatting dat die radius van die sigbare heelal 13&nbsp;miljard ligjare is. Hierdie teken is by die Rose Center for Earth and Space in [New York Stad|New York.]]
Baie sekondêre bronne het al ’n verskeidenheid verkeerde groottes van die sigbare ruimte aangegee. Sommige syfers word hier onder genoem, met verduidelikings van waar die moontlike fout met die berekenings ingesluip het.

; 13,8 miljard ligjare
: Die ouderdom van die heelal word op 13,8&nbsp;miljard jaar geraam. Omdat algemeen geglo word niks kan vinniger as die ligsnelheid beweeg nie, is dit ’n algemene wanopvatting dat die radius van die sigbare heelal daarom 13,8&nbsp;miljard ligjare moet wees. Dit sou net reg gewees het as die plat, statiese Minkowski-ruimtetyd-beskouing onder spesiale relatiwiteit korrek was. In die regte heelal is ruimtetyd op ’n manier gebuig wat ooreenstem met die uitdying van die ruimte, soos bepaal deur die Wet van Hubble. Afstande wat verkry word deur die ligsnelheid met ’n kosmologiese tydinterval te vermenigvuldig, het geen direkte fisiese betekenis nie.

; 15,8 miljard ligjare
: Dit word op dieselfde manier verkry as hier bo, maar gebruik ’n verkeerde ouderdom van die heelal soos in middel 2006 deur sekere publikasies berig is.

; 78 miljard ligjare
: In 2003 het Cornish et al. hierdie laagste grens aangegee vir die deursnee van hele heelal (nie net die sigbare deel nie). Hulle het hierdie laagste grens gebaseer op die geraamde huidige afstand tussen punte wat gesien kan word op teenoorgestelde kante van die kosmiese mikrogolfagtergrond (KMA). As die hele heelal kleiner as hierdie sfeer was, sou lig sedert die Oerknal tyd gehad het om rondom die heelal te beweeg en veelvuldige beelde van verafgeleë punte in die KMA te skep, en dit sou as patrone van herhalende sirkels vertoon het. Cornish et al. het vir so ’n effek gesoek tot op ’n grootte van 24 gigaparsek (78&nbsp;miljard ligjare) en kon dit nie kry nie. Hulle het voorgestel dat as hulle hulle soektog na alle moontlike oriëntasies kon uitbrei, hulle "in staat sou wees om die moontlikheid uit te sluit dat ons in ’n heelal van kleiner as 24&nbsp;gigaparsek in deursnee woon". Hulle het ook bereken dat hulle met KMA-kaarte met "minder geruis en ’n hoër resolusie in staat sal wees om na kleiner sirkels te soek en die grens te vergroot tot ~28&nbsp;gigaparsek."

; 156 miljard ligjare
: Hierdie syfer vir die deursnee is gekry deur die 78&nbsp;miljard ligjare hier bo te verdubbel omdat geglo is dit is ’n radius. Maar 78&nbsp;miljard ligjare is reeds ’n deursnee, soos Cornish et al. in hulle oorspronklike geskrif gesê het. Dié verdubbeling is dus verkeerd, maar dit is algemeen herhaal.

; 180 miljard ligjare
: Dié raming kombineer die verkeerde syfer 156&nbsp;miljard ligjare met bewyse dat die sterrestelsel M33 eintlik 15% verder is as vorige ramings en dat die Hubble-konstante dus 15% kleiner is; dus is 15% by die 156&nbsp;miljard ligjare gevoeg.

## Grootskaalse struktuur 
duimnael|260px|Sterrestelselswerms soos RXC J0142.9+4438 is die knooppunte van die kosmiese web, wat deur die hele heelal strek.

Lugopnames en karterings van die verskeie golflengtebande van elektromagnetiese straling het baie inligting verskaf oor die inhoud en eienskappe van die heelal se struktuur. Die organisering van die struktuur volg oënskynlik ’n hiërargiese model, tot by die skaal van superswerms en filamente. Op groter skale, tussen sowat 100 en 600&nbsp;miljoen ligjare (30 en 200&nbsp;miljoen parsek), is daar blykbaar geen struktuur nie, ’n verskynsel wat al die "einde van grootheid" genoem is.

### Mure, filamente, knooppunte en superholtes 
duimnael|300px|links|’n Herkonstruksie van die binneste dele van die 2dF-sterrestelsel-rooiverskuiwingsopname.
Die organisering van strukture begin waarskynlik by sterre, hoewel die meeste kosmoloë selde op daardie vlak na astrofisika kyk. Sterre word georganiseer in sterrestelsels, wat weer sterrestelselswerms, superswerms, mure en filamente vorm. Hulle word verbind deur enorme leemtes, of superholtes, en dit vorm ’n groot skuimagtige struktuur wat soms die "kosmiese web" genoem word. Voor 1989 is algemeen aanvaar dat sterrestelselswerms die grootste strukture is wat bestaan, en dat hulle min of meer egalig in alle rigtings versprei is. Sedert die vroeë 1980's is egter al hoe meer strukture ontdek. In 1983 het Adrian Webster die Webster-GKG, ’n groot kwasargroep, geïdentifiseer wat uit vyf kwasars bestaan. Dit was die eerste ontdekking van ’n grootskaalse struktuur en het ons kennis van die groepering van materie in die heelal geweldig uitgebrei.

In 1987 het Robert Brent Tully die Pisces-Cetus-superswermkompleks geïdentifiseer; dit is die galaktiese filament waarin die Melkweg geleë is en is sowat ’n miljard ligjare breed. In dieselfde jaar is ’n buitengewoon groot streek ontdek met ’n heelwat minder digte verspreiding van sterrestelsels as gewoonlik: die Reusesuperholte van 1,3&nbsp;miljard ligjare breed. Gebaseer op data van rooiverskuiwingsopnames, het Margaret Geller en John Huchra in 1989 die Groot Muur ontdek; dit is ’n plaat sterrestelsels van meer as 500&nbsp;miljoen ligjare lank en 200&nbsp;miljoen ligjare breed, maar net 15&nbsp;miljoen ligjare dik. Die bestaan van dié struktuur het so lank onontdek gebly omdat dit die bepaling van die posisie van sterrestelsels in drie dimensies verg, en dit verg weer die kombinasie van dié inligting met afstandsinligting van rooiverskuiwings.

duimnael|260px|’n Rekenaargesimuleerde beeld van ’n streek van meer as 50&nbsp;miljoen ligjare breed wat ’n moontlike grootskaalse verspreiding van ligbronne in die heelal verteenwoordig.
Twee jaar later het die sterrekundiges Roger G. Clowes en Luis E. Campusano die Clowes-Campusano-GKG ontdek – ’n groot kwasargroep wat by sy breedste punt 2&nbsp;miljard ligjare is. Dit was in dié tyd die grootste bekende struktuur in die heelal. In April 2003 is nog ’n grootskaalse struktuur ontdek: die Groot Muur van Sloan.

In Augustus 2007 is ’n moontlike superholte waargeneem in die sterrebeeld Eridanus. Dit stem ooreen met die "KMA- koue kol", ’n koue streek in die mikrogolflug wat hoogs onwaarskynlik is in die kosmologiese model wat tans verkies word. Dié superholte kan die koue kol veroorsaak, maar dan sou dit onmoontlik groot moes wees – moontlik ’n miljard ligjare breed, amper so groot soos die Reusesuperholte wat hier bo genoem is.

In 2011 is ’n groot kwasargroep, U1.11, ontdek wat sowat 2,5&nbsp;miljard ligjare breed is. Op 11 Januarie 2013 is nog ’n groot kwasargroep, U1.27, ontdek wat 4&nbsp;miljard ligjare breed is. Dit was toe die grootste bekende struktuur in die heelal. In November 2013 het sterrekundiges die Groot Muur in Hercules-Corona Borealis ontdek. Dit is amper twee keer so groot as die vorige muur en is gedefinieer deur die kartering van gammaflitse.

### Waarnemings 
[410px|links|duimnael|’n Panoramiese beeld van die hele [Infrarooi#Verdeling van die infrarooiband|naby-infrarooilug toon die verspreiding van sterrestelsels buite die Melkweg. Die beeld is verkry van die 2MASS-katalogus – meer as 1,5&nbsp;miljoen sterrestelsels – en die Point Source-katalogus – amper 0,5&nbsp;miljard Melkweg-sterre. Die sterrestelsels is kleurgekodeer volgens rooiverskuiwing (*z*) wat verkry is van verskeie katalogusse en opnames. Blou is die naaste ligbronne (*z* 50&nbsp;ton of 1053&nbsp;kg. In dié sin verwys massa na gewone materie en sluit dit die intergallaktiese en interstellêre medium in. Dit sluit egter donker materie en donker energie uit. Hierdie waarde vir die massa van gewone materie in die heelal kan bereken word gebaseer op kritieke digtheid. Dit geld net vir die sigbare heelal, want die volume van die hele heelal is onbekend en kan oneindig wees.

### Ramings gebaseer op kritieke digtheid 
Kritieke digtheid is die energiedigtheid waarvoor die heelal plat is. As daar geen donker energie is nie, is dit ook die digtheid waarvoor die uitdying van die heelal gebalanseerd is tussen voortdurende uitdying en verval. Volgens die Friedmann-vergelykings is die waarde vir \rho_c, kritieke digtheid:

: \rho_c = \frac{3 H^2}{8 \pi G},

waar *G* die swaartekragkonstante is en H = *H0* die huidige waarde van die Hubble-konstante. Die waarde vir *H0* volgens die Europese Ruimteagentskap se Planck-teleskoop is *H0* = 67,15 kilometer per sekonde per megaparsek. Dit gee ’n kritieke digtheid van  (algemeen genoem 5 waterstofatome per kubieke meter). Hierdie digtheid sluit vier belangrike soorte energie/massa in: gewone materie (4,8%), neutrino's (0,1%), koue donker materie (26,8%) en donker energie (68,3%). Hoewel neutrino's Standaardmodeldeeltjies is, word hulle apart gelys omdat hulle ultrarelativisties is en dus soos straling optree eerder as materie. Die digtheid van gewone materie, soos deur Planck gemeet, is 4,8% van die totale kritieke digtheid, of . Om hierdie dightheid in massa om te reken, moet ’n mens vermenigvuldig met volume, ’n waarde gebaseer op die radius van die sigbare heelal. Omdat die heelal 13,8 miljard jaar lank uitgedy het, is die radius nou sowat 46,6 miljard ligjare. Volume (*πr*3) is dus gelyk aan  en die massa van gewone materie is gelyk aan dightheid () vermenigvuldig met volume () of .

## Materie-inhoud – getal atome 
As ’n mens aanneem dat die massa van gewone materie sowat  is, soos hier bo bespreek, en dat alle atome waterstofatome is (wat sowat 74% van alle atome in die Melkweg volgens massa uitmaak) kan die geraamde totaal van atome in die sigbare heelal bereken word deur die massa van gewone materie te deel deur die massa van ’n waterstofatoom ( gedeel deur ). Die resultaat is sowat 1080 waterstofatome, wat ook bekend is as die Eddington-getal.

## Verste voorwerpe 
In 2016 was die verste ruimtevoorwerp wat al ontdek is ’n sterrestelsel wat as GN-z11 geklassifiseer word. In 2009 is bevind ’n gammaflits, GRB&nbsp;090423, het ’n rooiverskuiwing van 8,2, wat daarop dui dat die ster wat dit veroorsaak het, ontplof het toe die heelal net 630&nbsp;miljoen jaar oud was. Die flits het sowat 13&nbsp;miljard jaar gelede plaasgevind, en ’n afstand van 13&nbsp;miljard ligjare is algemeen in die media genoem (of soms die meer presiese syfer 13,035&nbsp;miljard ligjare), of 30&nbsp;miljard ligjare. Nog ’n rekordhouer vir verafgeleë voorwerp is ’n sterrestelsel wat deur Abell 2218 gesien is en daaragter lê. Uit waarnemings met die Hubble-ruimteteleskoop is sy rooiverskuiwing vasgestel op tussen 6,6 en 7,1. Volgens die Keck-teleskope is dit sowat 7. Die stelsel se lig wat nou op die Aarde waargeneem word, het omtrent 750&nbsp;miljoen jaar ná die Oerknal begin skyn.

## Horisonne 
Die mate waarin ons voorwerpe in die heelal kan sien, word beperk deur ’n stel kosmologiese horisonne, gebaseer op verskeie fisieke perke. Die bekendste horison is die deeltjiehorison, wat die presiese waarnemingsafstand beperk vanweë die vasgestelde ouderdom van die heelal. Ander horisonne word verbind met die moontlike toekomstige omvang van waarneming (groter as die deeltjiehorison vanweë die uitdying van die heelal), ’n "optiese horison" by die oppervlak van laaste verstrooiing en verwante horisonne by die oppervlak van laaste verstrooiing vir neutrino's en swaartekraggolwe.

## Verwysings 
## Nog leesstof 
* 
* 
* 
* 

## Skakels 
* "Forming Galaxies Captured In The Young Universe By Hubble", VLT & Spitzer
* "Animation of the cosmic light horizon"
* "Inflation and the Cosmic Microwave Background" deur Charles Lineweaver
* Logaritmiese kaarte van die heelal
* Video: *The Known Universe*, deur die Amerikaanse Natuurhistoriese Museum
* NASA/IPAC: "Extragalactic Database"
* "Size and age of the Universe" – by Astronoo
* "Limits to knowledge about Universe" – (*Forbes*; Mei 2019).