Hubble lov

Hubble-loven (eller Hubble-Lemaitre-loven [1] , loven om galaksernes universelle recession) er en kosmologisk lov, der beskriver universets udvidelse . I artikler og videnskabelig litteratur er den, afhængig af dens specialisering og udgivelsesdato, formuleret forskelligt [2] [3] [4] .

Klassisk definition:

v=H_{0}r,

hvor er hastigheden af galaksen, er afstanden til den, og er proportionalitetsfaktoren, i dag kaldet Hubble-konstanten . $v$ $r$ $H_{0}$

Men i moderne arbejde af observatører tager denne afhængighed formen

cz=H_{0}r,

hvor c er lysets hastighed og z er rødforskydningen . Sidstnævnte er også standardnotationen for afstand i alt moderne kosmologisk arbejde.

Den tredje type Hubbles lov kan findes i teoretiske publikationer:

H={\frac {{\dot {a}}(t_{1})}{a(t_{1})))),

hvor er en skalafaktor, der kun afhænger af tid, er dens tidsafledte. $-en$ ${\dot {a}}$

Hubbles lov er en af de vigtigste observerbare kendsgerninger i kosmologi . Med det kan du groft estimere universets ekspansionstid (den såkaldte Hubble-alder af universet ):

t_{H}={\frac {r}{V}}={\frac {1}{H_{0}}}.

Denne værdi, op til en numerisk faktor i enhedsordenen, svarer til universets alder, beregnet i henhold til Friedmans kosmologiske standardmodel .

Opdagelseshistorie

I 1913-1914 konstaterede den amerikanske astronom Westo Slipher , at Andromedatågen og mere end et dusin himmellegemer bevæger sig i forhold til solsystemet med enorme hastigheder (ca. 1000 km/s). Dette betød, at de alle var uden for galaksen (tidligere troede mange astronomer, at tåger var planetsystemer, der dannes i vores galakse). Et andet vigtigt resultat: alle på nær tre af de tåger, som Slifer studerede, var på vej væk fra solsystemet. I 1917-1922 modtog Slifer yderligere data, der bekræftede, at hastigheden af næsten alle ekstragalaktiske tåger er rettet væk fra Solen. Arthur Eddington , baseret på de kosmologiske modeller af den generelle relativitetsteori diskuteret i disse år , foreslog, at denne kendsgerning afspejler en generel naturlov: Universet udvider sig , og jo længere et astronomisk objekt er fra os, jo større er dets relative hastighed.

Lovtypen for universets udvidelse blev etableret eksperimentelt for galakser af den belgiske videnskabsmand Georges Lemaitre i 1927 [5] , og senere af den berømte E. Hubble i 1929 ved hjælp af det 100-tommer (254 cm) Mount Wilson Observatory-teleskop , hvilket gjorde det muligt at opløse de nærmeste galakser til stjerner. Blandt dem var cepheider , ved at bruge "periode-lysstyrke"-afhængigheden, som Hubble målte afstanden til dem, såvel som rødforskydningen af galakser, som gør det muligt at bestemme deres radiale hastighed.

Proportionalitetskoefficienten opnået af Hubble var omkring 500 km/s pr. mega parsec . Ifølge forskellige skøn er den aktuelle værdi 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [6] eller 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [7] . En sådan signifikant forskel fra resultaterne af E. Hubble er tilvejebragt af to faktorer: fraværet af en nulpunktskorrektion for periode-lysstyrkeafhængigheden for absorption (som endnu ikke blev opdaget på det tidspunkt) og et betydeligt bidrag fra egne hastigheder til den samlede hastighed for den lokale gruppe af galakser [8] .

Teoretisk fortolkning af observationer

Den moderne forklaring af observationerne er givet inden for rammerne af Friedmann-universet. Antag, at der er en kilde placeret i det kommende system i en afstand r 1 fra observatøren. Observatørens modtageudstyr registrerer fasen af den indkommende bølge. Overvej to intervaller mellem punkter med samme fase [2] :

{\frac {\delta t_{1}}{\delta t_{0}}}={\frac {\nu _{0}}{\nu _{1}}}\equiv 1+z.

På den anden side, for en lysbølge i den accepterede metriske , ligheden

dt=\pm a(t){\frac {dr}{\sqrt {1-kr^{2))))

Ved at integrere denne ligning får vi

\int \limits _{t_{0}}^{t_{1}}{\frac {dt}{a(t)}}=\int \limits _{0}^{r_{c}} {\frac {dr}{\sqrt {1-kr^{2))))

I betragtning af, at når koordinaterne bevæger sig r ikke afhænger af tid, såvel som bølgelængdens lillehed i forhold til universets krumningsradius, får vi relationen

{\frac {\delta t_{1}}{a(t_{1})}}={\frac {\delta t_{0}}{a(t_{0}})))

Hvis vi nu erstatter det i det oprindelige forhold, så

1+z={\frac {a(t_{0})}{a(t_{1}))))

Lad os udvide a ( t ) til en Taylor-serie centreret ved punktet a ( t 1 ) og kun tage hensyn til førsteordens-led:

a(t)=a(t_{1})+{\dot {a}}(t_{1})(t-t_{1}).

Efter at have støbt termer og ganget med c :

cz={\frac {{\dot {a}}(t_{1})}{a(t_{1})}}c(t-t_{1})=HD.

Derfor er Hubble-konstanten

H={\frac {{\dot {a}}(t_{1})}{a(t_{1})}}.

Estimering af Hubble-konstanten og dens fysiske betydning

I udvidelsesprocessen, hvis det forekommer jævnt, bør Hubble-konstanten falde, og indekset "0" i dens betegnelse indikerer, at værdien af H 0 refererer til den moderne æra. Den reciproke af Hubble-konstanten skulle da være lig med den tid, der er gået siden udvidelsen begyndte, det vil sige universets alder .

Værdien af H 0 bestemmes ud fra observationer af galakser, hvortil afstandene måles uden hjælp af rødforskydning (primært fra de klareste stjerner eller Cepheider ). De fleste uafhængige estimater af H 0 giver en værdi på 66-78 km/s pr. megaparsec for denne parameter . Det betyder, at galakser beliggende i en afstand af 100 megaparsek . bevæger sig væk fra os med en hastighed på 6600-7800 km/s . På nuværende tidspunkt (2019) giver værdierne opnået ved at beregne afstandene til galakser ud fra lysstyrken af cepheiderne observeret i dem på Hubble-rumteleskopet et estimat på 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [9] , og værdierne opnået ved hjælp af målinger af CMB-parametrene ved Planck-rumobservatoriet viste en værdi på 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [10] fra 2018.

Problemet med at estimere H 0 er kompliceret af det faktum, at ud over de kosmologiske hastigheder på grund af universets udvidelse, har galakser også deres egne (ejendommelige) hastigheder, som kan være flere hundrede km/s (for medlemmer af massive galaksehobe , mere end 1000 km/s ). Dette fører til, at Hubbles lov er dårligt opfyldt eller slet ikke er opfyldt for objekter, der befinder sig i en afstand nærmere end 10-15 millioner sv. år , det vil sige kun for de galakser, hvortil afstandene bestemmes mest pålideligt uden rødforskydning.

På den anden side, hvis vi erstatter tiden svarende til en foton- oscillationsperiode i rødforskydningsformlen , får vi, at Hubble-konstanten er den mængde, hvormed fotonfrekvensen falder i en oscillationsperiode, uanset bølgelængden , og for at bestemme, hvordan meget fotonfrekvensen er faldet, er det nødvendigt at gange Hubble-konstanten med antallet af lavede vibrationer: $z=H_{0}t$ $T=1/\nu ,$ $\nu _{n}=nH_{0}.$

Analoger af Hubbles lov inden for andre områder af astrofysikken

En lineær stigning i ekspansionshastigheden med afstanden observeres også for mange planetariske tåger (den såkaldte Hubble-lignende strømning) [11] [12] [13] .

Se også

Hubble lydstyrke

Noter

↑ I 2018 vedtog Den Internationale Astronomiske Unions generalforsamling en resolution, der anbefalede brugen af navnet "Hubble-Lemaitre-loven". Denne anbefaling fremkaldte dog en række protester som "tvivlsomme fra historiske, videnskabelige og filosofiske synspunkter", se Cormac O'Raifeartaigh, Michael O'Keeffe. Rødforskydninger versus paradigmeskift; imod at omdøbe Hubbles lov Arkiveret 8. februar 2022 på Wayback Machine
↑ 1 2
- A. V. Zasov., K. A. Postnov. Generel astrofysik . - Fryazino: Alder 2, 2006. - S. 421 -432. — 496 s. — ISBN 5-85099-169-7 .
- D. S. Gorbunov, V. A. Rubakov. Introduktion til teorien om det tidlige univers: The Hot Big Bang Theory. - Moskva: LKI, 2008. - S. 45-80. — 552 s. - ISBN 978-5-382-00657-4 .
- Stephen Weinberg. Kosmologi . - Moskva: URSS, 2013. - S. 21 -81. — 608 s. - ISBN 978-5-453-00040-1 .
↑ Hubble law / Novikov I. D. // Space Physics: Little Encyclopedia / Editorial Board: R. A. Sunyaev (Chief ed.) og andre - 2. udg. - M .: Soviet Encyclopedia , 1986. - S. 709. - 783 s. — 70.000 eksemplarer.
↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/5158/HUBBLE Hubble lov] // Physical Encyclopedia. I 5 bind.
↑ Edwin Hubble i oversættelsesproblemer Arkiveret 21. marts 2017 på Wayback Machine . naturnyheder.
↑ Dan Scolnic, Lucas M. Macri, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Adam G. Riess. Cepheidstandarder for store magellanske skyer giver et 1 % grundlag for bestemmelsen af Hubble-konstanten og stærkere beviser for fysik ud over ΛCDM . - 2019-03-18. - doi : 10.3847/1538-4357/ab1422 . — . - arXiv : 1903.07603 .
↑ M. Lilley, PB Lilje, M. Liguori, A. Lewis, F. Levrier. Planck 2018 resultater. VI. Kosmologiske parametre . — 2018-07-17. - arXiv : 1807.06209 .
↑ Yu. N. Efremov. Hubble konstant . Astronet . Hentet 29. oktober 2009. Arkiveret fra originalen 11. august 2011. (ubestemt)
↑ Dan Scolnic, Lucas M. Macri, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Adam G. Riess. Cepheidstandarder for store magellanske skyer giver et 1 % grundlag for bestemmelsen af Hubble-konstanten og stærkere beviser for fysik ud over ΛCDM . - 2019-03-18. - doi : 10.3847/1538-4357/ab1422 . Arkiveret fra originalen den 14. juli 2019.
↑ M. Lilley, PB Lilje, M. Liguori, A. Lewis, F. Levrier. Planck 2018 resultater. VI. Kosmologiske parametre . — 2018-07-17. Arkiveret fra originalen den 26. april 2019.
↑ Corradi, RLM, Multiple, Coeval og Hubble-lignende bipolære udstrømninger . Hentet 10. november 2014. Arkiveret fra originalen 24. december 2019. (ubestemt)
↑ C. Szyszka et al., Ekspansionens egenbevægelser af den planetariske tåge NGC 6302 fra Hubble Space Telescope-billeddannelse . Hentet 23. juni 2020. Arkiveret fra originalen 24. december 2019. (ubestemt)
↑ Planetariske tåger i vores galakse og hinsides . Hentet 4. oktober 2017. Arkiveret fra originalen 10. november 2014. (ubestemt)

Links

Edwin Hubble. En sammenhæng mellem afstand og radial hastighed blandt ekstra-galaktiske tåger (engelsk) // Proc. NAS. - 1929. - Bd. 15. - S. 168-173. (Engelsk)
G.A. Tammann . En retro- og prospektiv note
G.A. Tammann . Hubble- konstantens op- og nedture
S. B. Popov, A. V. Toporensky Guder ser ikke universets udvidelse
S. B. Popov, A. V. Toporensky Ud over begivenhedshorisonten
Adam G. Riess et al. En genbestemmelse af Hubble-konstanten med Hubble-rumteleskopet fra en differentiel afstandsstige . (ubestemt)

Ordbøger og encyklopædier	Flot dansk Fantastisk catalansk stor kinesisk Stor russer jorden rundt Britannica (online)

Kosmologi
Grundlæggende begreber og objekter	Univers observerbart univers Rødforskydning kosmologisk CMB stråling Gravitationsbølger Univers ekspansion accelereret skjult masse Mørkt stof mørk energi
Universets historie	Stort brag stor rebound Kronologi af Big Bang Inflation Primær nukleosyntese Rekombination Udvikling af galakser Universets alder Universets fremtid
Universets struktur	Universets struktur i stor skala Superhob af galakser Stor gruppe af kvasarer Galaktisk tråd Ugyldig Hubble boble Universets form
Teoretiske begreber	Historien om udviklingen af ideer om universet Hubble lov Gravitationel ustabilitet Kosmologisk princip Kosmologiske modeller Kosmologisk singularitet De Sitter model hot univers model Friedman-universet Ledsager afstand Kritisk tæthed Friedmans ligning Kosmologisk tilstandsligning Lambda-CDM model
Eksperimenter	Observationel kosmologi 2dF 6dF BOOMERANG COBE SDSS WMAP Planck DES
Portal: Astronomi