遠方の天体は大きく見えるのか？

素朴な疑問です。

遠方（ここでいう遠方とは数十億光年レベルを考えています）の天体から発せられた光が地球に到達するには時間がかかります。この際に、光は通過する空間の膨張の影響を受けます。

（地球に向けた）進行方向への、空間の膨張の影響は波長の伸長という形で現れます。
では、進行方向と垂直な方向へは視野角の増加という影響で現れるような気がするのですが、実際のところはどうなのでしょうか？

No.7 回答者： psytex1 回答日時： 2017/04/23 07:35

#1の者です。

＞「視野角の増加という影響」は起きるのでしょうか？

138億光年彼方の、あなたを中心とした半径138億光年の
球面は、138億年前の姿＝ビッグバン開始当初の点であり、
137億光年彼方の、半径137億光年の球面は、137億年前の
半径１億光年の宇宙ですので、当然拡大された姿です。

ただし、初期に形成された天体は、クエーサーという銀河の
100倍ものエネルギーを放出している恒星状天体であり、
また、数十億光年より近くに観察されるセイファート星雲も、
巨大な中心核にちょこっと円盤を持つヘンテコな天体で、
「本来の大きさ」が問題にならないので『おぉ、拡大して
見えている！』という驚きはないのです。
（我々の近く＝最近の天体は、元の星間ガスが重力収縮
する時に、ランダムな運動量の大きな部分が、収縮において
角運動量（回転）に転化し、遠心力で収縮に抵抗したので、
収縮する（銀河を形成する）のに時間がかかった）

この回答へのお礼

> 138億光年彼方の、あなたを中心とした半径138億光年の
> 球面は、138億年前の姿＝ビッグバン開始当初の点であり、
> 137億光年彼方の、半径137億光年の球面は、137億年前の
> 半径１億光年の宇宙ですので、当然拡大された姿です。

宇宙の半径（と言って良いのかわかりませんが）は拡大されていますが
全天360度の視野角は、半径1億光年だろうと137億光年だろうと変化してないでよね？

お礼日時：2017/04/23 11:06

No.6 回答者： SortaNerd 回答日時： 2017/04/22 18:42

波長が伸びて見えるのは空間の膨張によるものではなく単に相対速度によるドップラー効果であって、垂直な方向には何も起こらないと思います。

この回答へのお礼

いやいや、空間の膨張による波長の伸びはありますよ。
そうでなければ宇宙背景放射が現在の波長（温度）であることの説明がつかないと思います。

お礼日時：2017/04/22 19:36

No.5 回答者： chiha2525-- 回答日時： 2017/04/22 11:13

銀河はいくつか（～５０個程度）で銀河団をつくっていますが、この銀河団くらいの範囲では、重力の影響（結びつき）が強いので、宇宙が膨張しても距離は広がらないと考えられています。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
確かにある程度の近い距離にある物質同士では、空間の膨張の影響よりも重力の影響の方が大きいですね。
でも、質問の内容は物質ではなく、物質から発せられた光についてになります。

お礼日時：2017/04/22 19:33

No.4 回答者： 銀鱗 回答日時： 2017/04/22 09:49

質問タイトルと質問文を考慮して…

大きく見えることはありません。
一方方向からの光が減衰して見えるだけ。

膨張が与える影響としては色（波長）として現れるくらいかな。

・・・
難しく考えすぎですよ。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
……難しく考えすぎですか？

ご提示いただいた図の意味を理解しきれていなのですが、
例えば上側の図では、黄色の丸を遠方の天体（半径rの球）として、届くのは半径rの円形の面を成す光子群（のうち進行方向のベクトルが地球に向かっているもの）だと思います。
※他の天体等に起因する空間の歪みによる光の進行方向の変化は考慮しないとします

この円形の面をなす光子群は、空間の膨張により地球からの視点で半径が2rになっても地球に向かうベクトルは変化しないと思います。



……と、ここまで書いて気が付きました。
全ての空間が均等に膨張するとすると、半径が２倍に拡大するということは、光子群の面と地球の距離も２倍になるということですね。
ということは地球と光子面をなす三角形は相似形のまま拡大するということで視野角は変化しないということ？

お礼日時：2017/04/22 19:30

No.3 回答者： psytex1 回答日時： 2017/04/22 08:11

すみません#1の者です。

先の投稿の３行目の「7億光年」は、「1億光年」
の間違いです。失礼いたしました。

No.2 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2017/04/22 08:07

視野角の増加は微々たるもので、影響は少ないと思います。

それよりも、今観測している銀河の位置は、本当にそうだったのか？の疑問も出ます。

膨張宇宙内にいる観測者(座標系)にとって光は直進しますが、膨張しているために外から見ると曲がった光路に見えます。

下の図で赤が地球です。
R,C,Lから出発した光は曲がって地球に到達するため、R',C',L'から出発した様に見える。

結果、実際は図の上側だけれど、下側の様に宇宙は全方向に広がって観測される。

と言う見方も出来ます。想像です。

これからの観測で、宇宙図が作られて行くと、宇宙をイメージとして捉え易くなると思います。

この回答へのお礼

> 視野角の増加は微々たるもので、影響は少ないと思います。

ご回答ありがとうございました。

お礼日時：2017/04/22 19:43

No.1 回答者： psytex1 回答日時： 2017/04/22 08:06

ビッグバン以来、138億年経っており、138億光年彼方の

球面は、ビッグバン開始当初の一点です。
実際、137億光年彼方の宇宙は7億光年の大きさしかない
はずなのに、我々には半径137億光年の球面に見えています。
そして、そこに本当に137億光年の広がりがあれば、
いかなる相互作用も光速以下である事から、半径1億光年
以上の大きさの大局構造は存在し得ないところ、ビッグ
バン当初の輻射である宇宙の背景放射には、添付画像の
ようなむらが観測されており、それがのちの銀河団、
超銀河団といった宇宙の大局構造につながっていると
考えられています。
（ご指摘の「視界の間延び」の間接的証明）

ただ同時に、そこに存在する天体自体が、背景放射～
クェーサー（百億光年～数十億光年遠方）～セイファート
星雲（数十億光年～数億光年遠方）といったように、形状
の変化を示しているので、「膨張による間延び効果」は、
あまり問題にならないのです。

この回答へのお礼

申し訳ありません、ご回答の趣旨がよく理解できないのですが
結局「視野角の増加という影響」は起きるのでしょうか？

お礼日時：2017/04/22 19:40