Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Закон Хаббла



План:


Введення

Графік з оригінальної роботи Хаббла 1929

Закон Хаббла (закон загального розбігання галактик) - емпіричний закон, що зв'язує червоне зміщення галактик і відстань до них лінійним чином [1] :

c z = H 0 D,

де z - червоне зміщення галактики, D - Відстань до неї, H 0 - Коефіцієнт пропорційності, який називається постійної Хаббла. При малому значенні z виконується наближене рівність cz = V r , Де V r - Швидкість галактики вздовж променя зору спостерігача, c - швидкість світла. У цьому випадку закон приймає класичний вид: D \ propto V_r.

За допомогою цього закону можна розрахувати так званий Хаббловском вік Всесвіту :

t_H = \ frac {r} {V} = \ frac {1} {H_0}.

Цей вік є характерним часом розширення Всесвіту на даний момент і з точністю до множника 2 відповідає віку Всесвіту, що розраховується по стандартної космологічної моделі Фрідмана.


1. Історія відкриття

У 1913-1914 роках американський астроном Вести Слайфер встановив, що туманність Андромеди і ще більше десятка небесних об'єктів рухаються щодо Сонячної системи з величезними швидкостями (близько 1000 км / сек). Це означало, що всі вони знаходиться за межами Галактики (раніше багато астрономи вважали, що туманності є формуються в нашій Галактиці планетні системи). Інший важливий результат: всі досліджені Слайфером туманності, крім 3, віддалялися від Сонячної системи. У 1917-1922 роках Слайфер отримав додаткові дані, які підтвердили, що швидкість майже всіх позагалактичних туманностей спрямована геть від Сонця. Артур Еддінгтон на основі обговорювалися в ті роки космологічних моделей Загальної теорії відносності припустив, що цей факт відображає загальний природний закон: Всесвіт розширюється, і чим далі від нас астрономічний об'єкт, тим більше його відносна швидкість.

Вид закону для розширення Всесвіту був встановлений експериментально для галактик бельгійським вченим Жоржем Леметром в 1927 [2], а пізніше - знаменитим Е. Хабблом в 1929 за допомогою 100-дюймового телескопа, який дозволяє найближчі галактики на зірки. Серед них були цефеїди, використовуючи залежність "період-світність" яких, Хаббл виміряв відстань до них, а також червоне зміщення галактик, що дозволяє визначити їх радіальну швидкість.

Отриманий Хабблом коефіцієнт пропорційності становив близько 500 км / с на мега парсек. Сучасне значення становить 74,2 3,6 км / с на мегапарсек. Настільки істотну різницю забезпечують два фактори: відсутність поправки нуль-пункту залежності "період-світність" на поглинання (яке тоді ще не було відкрито) і істотний внесок власних швидкостей в загальну швидкість для місцевої групи галактик [3].


2. Теоретична інтерпретація

З точки зору класичної механіки, закон Хаббла можна наочно пояснити наступним чином. Колись давно Всесвіт утворився в результаті Великого вибуху. У момент вибуху різні частинки матерії (осколки) отримали різні швидкості. Ті з них, які отримали великі швидкості, відповідно встигли до цього моменту полетіти далі, ніж ті, які отримали менші швидкості. Якщо провести чисельний розрахунок, то виявиться, що залежність відстані від швидкості виявляється лінійною. Крім того, виходить, що ця залежність одна і та ж для всіх точок простору, тобто, за спостереженнями за розлітаються осколками не можна знайти точку вибуху: з точки зору кожного осколка, саме він знаходиться в центрі. Однак, незважаючи на таку наочність, слід пам'ятати, що розширення Всесвіту має описуватися не класичною механікою, а загальною теорією відносності.

Космологія
WMAP 2003.png
Мови, об'єкти і процеси
Спостережувані процеси
Теоретичні дослідження

Перше зауваження стосується того, чи враховується при спостереженнях той факт, що через те, що світло йде від галактик мільйони років, ми спостерігаємо їх у минулому. В результаті, оскільки вони віддаляються від нас, в даний момент вони повинні знаходитися вже далі. Питання: З якої з двох відстаней визначено залежність Хаббла? Відповідь: до середини XX століття це не мало значення. З графіка Хаббла видно, що найбільші швидкості галактик, розглянутих Хабблом, склали до 1000 км / с . В принципі це велика швидкість, але за час руху світла від них до Землі вони все одно встигли зрушити лише на незначний відсоток загального відстані.

Друге зауваження полягає в тому, що розширення Всесвіту не є простим розльотом галактик в порожньому просторі. Воно полягає в динамічній зміні самого простору. Нерозуміння цього факту часто змушує робити неправильні висновки авторів навіть серйозної літератури. Наприклад, часто говорять, що швидкість тікання галактик не повинна перевищувати швидкість світла і тому на тих відстанях, де це має спостерігатися, повинні спостерігатися і відхилення від закону Хаббла. Це не так: відповідно до загальної теорії відносності, повинні існувати і спостерігатися галактики, тікають швидше світла [4].

За кілька років до експериментального відкриття закону Хаббла Олександр Фрідман вивів теоретично рішення рівняння Ейнштейна для всього Всесвіту, і в результаті було отримано, що якщо розподіл речовини в ній в середньому рівномірно, то вона повинна або стискатися, або розширюватися, причому в останньому випадку повинен спостерігатися лінійний закон між відстанню і швидкістю утікання. Ця особливість рішень Фрідмана була відразу ж ототожнена з явищем, відкритим Хабблом.

Відповідно до цієї (загальноприйнятої) моделлю космологічне червоне зміщення не можна інтерпретувати як Ефект Доплера, так як отримується з спостережуваного z за формулами цього ефекту швидкість не відповідає (лише приблизно дорівнює) ніякої швидкості в сенсі зміни космологічного відстані між галактиками. Галактики нерухомі (за винятком пекулярних власних швидкостей), а розширюється простір, що і викликає розширення хвильового пакета. (Див. у статті Космологічне червоний зсув). Співвідношення

\ Displaystyle cz \ approx H_0 D

є наближеним, в той час як рівність

V = \ frac {dD} {dt} = H_0 D,

де D - Відстань в даний момент, є точне рівність, тобто червоний зсув лінійно пов'язано з відстанню тільки наближено для близьких галактик, а швидкість їх видалення лінійно зростає з відстанню точно. Таким чином, в останній формулі швидкість V не відповідає швидкості, що розраховується по ефекту Допплера.


3. Оцінка постійної Хаббла і її фізичний зміст

У процесі розширення, якщо воно відбувається рівномірно, постійна Хаббла повинна зменшуватися, і індекс "0" при її позначенні вказує на те, що величина Н 0 відноситься до сучасної епохи. Величина, зворотна постійної Хаббла, повинна бути в такому випадку дорівнює часу, що пройшов з моменту початку розширення, тобто віку Всесвіту.

Значення Н 0 визначається за спостереженнями галактик, відстані до яких виміряні без допомоги червоного зсуву (перш за все, по найяскравішим зіркам або цефеїд). Більшість незалежних оцінок Н 0 дають для цього параметра значення 70-80 км / с на мегапарсек. Це означає, що галактики, що перебувають на відстані 100 мегапарсек , Видаляються від нас зі швидкістю 7000-8000 км / с . В даний час ( 2009) найбільш надійною (хоча і модельно залежною) вважається оцінка Н 0 = (74,2 3,6) км / с / Мпк .

Проблема оцінки Н 0 ускладнюється тим, що, крім космологічних швидкостей, обумовлених розширенням Всесвіту, галактики ще володіють власними (пекулярними) швидкостями, які можуть становити кілька сотень км / с (для членів масивних скупчень галактик - більше 1000 км / с ). Це призводить до того, що закон Хаббла погано виконується або зовсім не виконується для об'єктів, що знаходяться на відстані ближче 10-15 млн св.років , Тобто як раз для тих галактик, відстані до яких найбільш надійно визначаються без червоного зсуву.

Закон Хаббла погано виконується і для галактик на дуже великих відстанях (в мільярди св. Років), яким відповідає величина z > 1 . Відстані до об'єктів з таким великим червоним зміщенням втрачають однозначність, оскільки залежать від прийнятої моделі Всесвіту і від того, до якого моменту часу вони віднесені. В якості міри відстані в цьому випадку зазвичай використовується тільки червоне зміщення.


4. Можлива нелінійність закону

У наш час спостереженнями, що говорять на користь існування темної енергії, були, мабуть, виявлені відхилення від лінійного закону Хаббла (як зв'язку спостережуваного червоного зміщення з відстанню). Було виявлено, що, мабуть, наш Всесвіт розширюється з прискоренням. [5] Цей факт не скасовує закону Хаббла, якщо його розуміти як залежність від відстані в даний конкретний момент часу, тобто якщо врахувати, що далекі об'єкти ми спостерігаємо в минулому .


Примітки

  1. Adam G. Riess, Lucas Macri, Stefano Casertano, Megan Sosey, Hubert Lampeitl, Henry C. Ferguson, Alexei V. Filippenko, Saurabh W. Jha, Weidong Li, Ryan Chornock, AND Devdeep Sarkar A Redetermination Of The Hubble Constant With The Hubble Space Telescope From A Differential Distance Ladder - arxiv.org/abs/0905.0695.
  2. Edwin Hubble in translation trouble: Nature News - www.nature.com/news/2011/110627/full/news.2011.385.html
  3. Ю. Н. Єфремов. Постійна Хаббла - www.astronet.ru/db/msg/1198709. Статичний - www.webcitation.org/60r7gd7of з першоджерела 11 серпня 2011.
  4. Попов С. Б., кандидат фізико-математичних наук, Топоренскій А. В., кандидат фізико-математичних наук За горизонтом вселенських подій - www.vokrugsveta.ru/vs/article/2557/. Статичний - www.webcitation.org/61AVD1C1U з першоджерела 24 серпня 2011.
  5. K. Nakamura et al., Review of Particle Properties J. Phys. G 37, 075 021 (2010): KA Olive, JAPeacock. Chapter 19. Big-Bang cosmology. - pdg.lbl.gov/2011/reviews/rpp2011-rev-bbang-cosmology.pdf

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати

Схожі роботи:
Послідовність Хаббла
Постійна Хаббла
A-закон
Мю-закон
Закон Авогадро
Закон Фарадея
Закон природи
Закон Бернуллі
Закон інерції
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru