יחס האבל נבדק היטב עד למרחק של 1000Mpc. במרחק שכזה, אם אנו מניחים שהערך של קבוע האבל הוא 70km/s/Mpc, מהירות ההתפשטות היא 70,000km/s , או בערך שתי עשיריות מהירות האור (0.2c). כיצד תראה גלקסיה הנמצאת במרחק מדהים של 3.3 מיליארד שנות אור? היא תראה זעירה. במרחק 1000Mpc, גלקסיה תראה קטנה כמו כוכב ולכן בלתי ניתנת להפרדה. ניתן יהיה להבחין בה רק בעזרת טלסקופ שקוטרו 4 מטר ומעלה.
באדיבות Astropedia Textbook
באמצעות משוואת הזוויות הקטנות, אנו יכולים להסיק כי אם ניתן להפריד דמות שגודלה ½ שניית קשת באמצעות טלסקופ קרקעי, הרי שבמרחק של 1000Mpc גודלו של הגוף השמימי קטן ביותר צריך להיות לפחות 0.0024 = 206,265/ 0.5× 1000 מגה פארסק או 2.4kpc. במרחק זה גודלה של גלקסיה הדומה לשביל החלב יהיה רק 12 שניות קשת. במרחק גדול פי עשר לא ניתן יהיה להבחין בינה לבין כוכב. הגלקסיות הרחוקות הן גם עמומות. אם האסטרונומים מצלמים תמונה בעומק השמים בעזרת טלסקופ הנמצא בכיוון הרחוק ממישור שביל החלב, הכוכבים הקלושים ביותר שניתן לראות הם ככוכבי הסדרה הראשית הדומים לשמש, ונמצאים במרחק של כ-10 kpc . לפי חוק דעיכת עוצמת האור ביחס ישר להופכי של ריבוע המרחק, יש להם את אותה נגיהות לכאורה כמו גלקסיה המכילה 1010 שמשות ונמצאת במרחק 1000Mpc. במילים אחרות, מעבר ל- 1000Mpc, גלקסיה כמו שביל החלב קלושה יותר מכל כוכב בגלקסיה שלנו. אסטרונומים המצלמים תמונות בעומק החלל נוכחים לדעת כי תמונות הכוכבים "נעלמות" וכמעט כל דמות רפה המופיעה בתצלום היא גלקסיה רחוקה!
מעבר ל- 1000Mpc, ההנחה המשמשת בדרך כלל לאפיון ההיסט לאדום חדלה לפעול. משוואת דופלר מגדירה מהירות המתונה של גלקסיה (v = zc) והמרחק המתקבל באמצעות יחסי האבל (d = zc / H0). למעשה, הכמות היחידה שנצפית היא ההיסט לאדום הקוסמולוגי של תכונות ספקטרליות בגלקסיה, המוגדרת כ- z = Δλ / λ0 = (λ-λ0) / λ0 . ארגון מחדש של האברים במשוואה זו נותן, שאורך הגל שנצפה הוא אחד פלוס ההיסט לאדום כפול אורך הגל המקורי, λ = (1 + z) λ0. קשר זה יכול לשמש גם עבור המרחקים הגדולים ביותר לגלקסיות שנצפו.
גלקסיות נצפות בקלות בסיוע טלסקופ קטן יחסית של 3-4 מטר הקולט הסחות לאדום עד כדי z = 1. במילים אחרות, תכונה ספקטרלית בעלות אורך גל מקורי של λ0 = 327 nm (אורך גל אופייני לחמצן מיונן פעם אחת) בגלקסיות אלה הוא נצפה באורך 654 nm, ותכונה ספקטרלית בעלת אורך גל מקורי של 656nm (קו Hα של מימן) בגלקסיות אלה נצפית באורך גל של 1.3 מיקרון. ניתן לצפות בגלקסיות בעלות ההיסט לאדום גבוה יותר בטלסקופ של 6-8 מטר כאשר z > 5. בהיסט לאדום שכזה, קו החמצן הנמדד הוא – 2.0 מיקרון וקו המימן הנמדד הוא 3.9 מיקרון. שימו לב שגלקסיות בעלות היסט לאדום גבוה מאוד נותרו מרבית התכונות הספקטראליות שהיו להן בתחום האופטי. אסטרונומים מצפים כי ניתן יהיה לראות גלקסיות רחוקות ביותר בתחום אינפרה אדום הקרוב. מגבלת ההיסט לאדום היא בערך z = 9. במרחקים עצומים אלה אורך הגל של האור נמתח פי עשר כתוצאה מתנועתו בחלל עד הגיעו אלינו. קו המימן החזק ביותר נמצא באזור האינפרה אדום, שלא ניתן לצפות בו מפני כדור הארץ. הגלקסיות חדלות להיות גוף הקורן בתחום הנראה לעין!
באדיבות NASA
המרחק לגלקסיות בעלות היסט לאדום גבוה מאוד אינו ברור, משום שהדבר תלוי במודל הקוסמולוגי. עם זאת, עבור הערכים המקובלים כיום לפי הפרמטרים הקוסמולוגיים, גיל היקום הוא כ- 13.8 מיליארד שנים. במודל זה, z = 1 מתאים למרחק של כ- 11 מיליארד שנות אור או הסתכלות לאחור המגיעה לכדי 57% מגיל היקום. ערך גדול יותר של z = 5 מתאים למרחק של כ- 26 מיליארד שנות אור או מבט לאחור של כ- 90% מגיל היקום. גלקסיות בעלות ההיסט לאדום הגבוהות ביותר פולטות אור שיצא לדרכו כחצי מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, כאשר היקום היה פי עשר חם יותר ופי אלף צפוף יותר מצפיפותו כיום.
התמונות של טלסקופ החלל האבל ממרחבי החלל העמוקים קלטו דמויות גופים הרחוקים ביותר שצולמו אי פעם. כדי להשיג זאת, טלסקופ החלל האבל צפה בכל חלק קטן של שמים במשך למעלה משבוע. כל שדה עומק מכיל כ- 2000 גלקסיות שעוצמת כל אחת מהן קלושה פי 4 מיליארד פעמים מיכולת האבחנה של עין אנוש. אם נניח שמפקד הגלקסיות בקטעי השמים הקטנים הללו מייצג את כל השמים, נוכל לחשב את מספרן הכולל של הגלקסיות הנראות לעומק זה. התשובה היא כ- 40 מיליארד גלקסיות! הכפלה במספר הכוכבים הממוצע בכל גלקסיה נותנת בערך 1020. מאז צוייד טלסקופ החלל האבל בגלאים חדשים וצילם תמונות חדשות עבור שדות עומקים יותר, הערכת מספר הגלקסיות עלתה ל- 100 מיליארד ומספר הכוכבים ל- 1021. לא ראינו כל אחד מהכוכבים בנפרד, אך אנו מסיקים כי ישנם כ- 100 מיליארד מיליארדי כוכבים ביקום הנצפה. אנחנו יכולים לראות את הרעיון קופרניקני עולה לרמה מסחררת. כדור הארץ, השמש, שביל החלב, כולם נעלמים במרחבי היקום אדיר הממדים.
Author: Chris Impey