Legea Hubble

Legea Hubble (sau legea Hubble-Lemaitre [1] , legea recesiunii universale a galaxiilor) este o lege cosmologică care descrie expansiunea Universului . În articole și literatura științifică, în funcție de specializarea și data publicării, este formulată diferit [2] [3] [4] .

Definiție clasică:

v=H_{0}r,

unde este viteza galaxiei, este distanța până la ea și este factorul de proporționalitate, numit astăzi constanta Hubble . $v$ $r$ $H_{0}$

Cu toate acestea, în lucrările moderne ale observatorilor, această dependență ia forma

cz=H_{0}r,

unde c este viteza luminii și z este deplasarea spre roșu . De asemenea, aceasta din urmă este notația standard pentru distanță în toate lucrările cosmologice moderne.

Al treilea tip de lege lui Hubble poate fi găsit în publicațiile teoretice:

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

unde este un factor de scară care depinde numai de timp, este derivatul său în timp. $A$ ${\dot {a}}$

Legea lui Hubble este unul dintre principalele fapte observabile în cosmologie . Cu el, puteți estima aproximativ timpul de expansiune al Universului (așa-numita vârstă Hubble a Universului ):

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

Această valoare, până la un factor numeric de ordinul unității, corespunde vârstei Universului, calculată după modelul cosmologic standard Friedman .

Istoricul descoperirilor

În 1913-1914, astronomul american Westo Slipher a stabilit că Nebuloasa Andromeda și mai mult de o duzină de obiecte cerești se mișcă în raport cu sistemul solar la viteze extraordinare (aproximativ 1000 km/s). Aceasta însemna că toți se aflau în afara Galaxiei (anterior, mulți astronomi credeau că nebuloasele sunt sisteme planetare care se formează în Galaxia noastră). Un alt rezultat important: toate, cu excepția a trei, nebuloasele studiate de Slifer se îndepărtau de sistemul solar. În 1917-1922, Slifer a primit date suplimentare care confirmă că viteza aproape tuturor nebuloaselor extragalactice este îndreptată departe de Soare. Arthur Eddington , bazat pe modelele cosmologice ale Teoriei Generale a Relativității discutate în acei ani , a sugerat că acest fapt reflectă o lege naturală generală: Universul se extinde și cu cât un obiect astronomic este mai departe de noi, cu atât viteza lui relativă este mai mare.

Tipul de lege pentru expansiunea Universului a fost stabilit experimental pentru galaxii de omul de știință belgian Georges Lemaitre în 1927 [5] , iar mai târziu de celebrul E. Hubble în 1929 folosind telescopul de 100 de inchi (254 cm) al Observatorului Mount Wilson . , care a făcut posibilă rezolvarea celor mai apropiate galaxii de stele. Printre acestea s-au numărat Cefeidele , folosind dependența „perioadă - luminozitate” a cărora, Hubble a măsurat distanța până la ele, precum și deplasarea către roșu a galaxiilor, ceea ce face posibilă determinarea vitezei lor radiale.

Coeficientul de proporționalitate obținut de Hubble a fost de aproximativ 500 km/s per mega parsec . Conform diverselor estimări, valoarea curentă este de 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [6] sau 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [7] . O astfel de diferență semnificativă față de rezultatele lui E. Hubble este oferită de doi factori: absența unei corecții de punct zero pentru dependența perioadei-luminozitate pentru absorbție (care nu a fost încă descoperită la acel moment) și o contribuție semnificativă a vitezelor proprii. la viteza totală pentru grupul local de galaxii [8] .

Interpretarea teoretică a observațiilor

Explicația modernă a observațiilor este dată în cadrul Universului Friedmann. Să presupunem că există o sursă situată în sistemul comov la o distanță r 1 de observator. Echipamentul de recepție al observatorului înregistrează faza undei de intrare. Luați în considerare două intervale între puncte cu aceeași fază [2] :

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

Pe de altă parte, pentru o undă luminoasă în metrica acceptată , egalitatea

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

Integrând această ecuație, obținem

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

Având în vedere că în coordonatele comove r nu depinde de timp, precum și de micimea lungimii de undă în raport cu raza de curbură a Universului, obținem relația

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

Dacă îl înlocuim acum în raportul inițial, atunci

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

Să extindem a ( t ) într- o serie Taylor centrată în punctul a ( t 1 ) și să luăm în considerare numai termenii de ordinul întâi:

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

După turnarea termenilor și înmulțirea cu c :

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

În consecință, constanta Hubble

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

Estimarea constantei Hubble și a semnificației sale fizice

În procesul de expansiune, dacă are loc uniform, constanta Hubble ar trebui să scadă, iar indicele „0” din denumirea sa indică faptul că valoarea lui H 0 se referă la epoca modernă. Reciproca constantei Hubble ar trebui să fie atunci egală cu timpul scurs de când a început expansiunea, adică vârsta Universului .

Valoarea lui H 0 este determinată din observațiile galaxiilor, ale căror distanțe sunt măsurate fără ajutorul deplasării spre roșu (în primul rând, de la cele mai strălucitoare stele sau Cefeide ). Cele mai multe estimări independente ale H 0 dau o valoare de 66–78 km/s per megaparsec pentru acest parametru . Aceasta înseamnă că galaxiile situate la o distanță de 100 de megaparsecs se îndepărtează de noi cu o viteză de 6600-7800 km/s . În prezent (2019), valorile obținute prin calcularea distanțelor până la galaxii din luminozitatea Cefeidelor observate în acestea la Telescopul Spațial Hubble dau o estimare de 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [9] , și valorile obținute cu ajutorul măsurătorilor parametrilor CMB la observatorul spațial Planck , au arătat o valoare de 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [10] începând cu 2018.

Problema estimării lui H 0 este complicată de faptul că, pe lângă vitezele cosmologice datorate expansiunii Universului, galaxiile au și viteze proprii (particulare), care pot fi de câteva sute de km/s (pentru membrii masivului). clustere de galaxii , mai mult de 1000 km/s ). Acest lucru duce la faptul că legea lui Hubble este prost îndeplinită sau deloc îndeplinită pentru obiectele situate la o distanță mai mică de 10-15 milioane sv. ani , adică doar pentru acele galaxii, ale căror distanțe sunt cel mai fiabil determinate fără deplasare spre roșu.

Pe de altă parte, dacă înlocuim timpul egal cu o perioadă de oscilație a fotonului în formula deplasării spre roșu , obținem că constanta Hubble este cantitatea cu care frecvența fotonului scade într-o perioadă de oscilație, indiferent de lungimea de undă și pentru a determina cum mult frecvența fotonului a scăzut, este necesar să înmulțim constanta Hubble cu numărul de vibrații efectuate: $z=H_{0}t$ $T=1/\nu ,$ $\nu _{n}=nH_{0}.$

Analogii legii lui Hubble în alte domenii ale astrofizicii

O creștere liniară a ratei de expansiune cu distanța este de asemenea observată pentru multe nebuloase planetare (așa-numitul flux asemănător Hubble) [11] [12] [13] .

Vezi și

Volumul Hubble

Note

↑ În 2018, Adunarea Generală a Uniunii Astronomice Internaționale a adoptat o rezoluție prin care se recomandă folosirea denumirii „legea Hubble-Lemaitre”. Cu toate acestea, această recomandare a provocat o serie de proteste ca fiind „dubioase din punct de vedere istoric, științific și filosofic”, vezi Cormac O'Raifeartaigh, Michael O'Keeffe. Schimbări spre roșu versus schimbări de paradigmă; împotriva redenumiri Legii lui Hubble Arhivat 8 februarie 2022 la Wayback Machine
↑ 1 2
- A. V. Zasov., K. A. Postnov. Astrofizica generala . - Fryazino: Age 2, 2006. - S. 421 -432. — 496 p. — ISBN 5-85099-169-7 .
- D. S. Gorbunov, V. A. Rubakov. Introducere în teoria universului timpuriu: The Hot Big Bang Theory. - Moscova: LKI, 2008. - S. 45-80. — 552 p. - ISBN 978-5-382-00657-4 .
- Stephen Weinberg. Cosmologie . - Moscova: URSS, 2013. - S. 21 -81. — 608 p. - ISBN 978-5-453-00040-1 .
↑ Legea Hubble / Novikov I. D. // Fizica spațială: Mica Enciclopedie / Consiliul de redacție: R. A. Sunyaev (ed. șef) și alții - ed. a 2-a. - M .: Enciclopedia Sovietică , 1986. - S. 709. - 783 p. — 70.000 de exemplare.
↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/5158/HUBBLE Legea Hubble] // Enciclopedie fizică. În 5 volume.
↑ Edwin Hubble în probleme de traducere Arhivat 21 martie 2017 la Wayback Machine . știri despre natură.
↑ Dan Scolnic, Lucas M. Macri, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Adam G. Riess. Standardele cefeidelor din Norul Magellanic mari oferă o bază de 1% pentru determinarea constantei Hubble și dovezi mai puternice pentru fizica dincolo de ΛCDM . — 18-03-2019. - doi : 10.3847/1538-4357/ab1422 . — Cod biblic . - arXiv : 1903.07603 .
↑ M. Lilley, PB Lilje, M. Liguori, A. Lewis, F. Levrier. Rezultatele Planck 2018. VI. Parametrii cosmologici . — 17.07.2018. - arXiv : 1807.06209 .
↑ Yu. N. Efremov. constanta Hubble . Astronet . Consultat la 29 octombrie 2009. Arhivat din original la 11 august 2011. (nedefinit)
↑ Dan Scolnic, Lucas M. Macri, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Adam G. Riess. Standardele cefeidelor din Norul Magellanic mari oferă o bază de 1% pentru determinarea constantei Hubble și dovezi mai puternice pentru fizica dincolo de ΛCDM . — 18-03-2019. - doi : 10.3847/1538-4357/ab1422 . Arhivat din original pe 14 iulie 2019.
↑ M. Lilley, PB Lilje, M. Liguori, A. Lewis, F. Levrier. Rezultatele Planck 2018. VI. Parametrii cosmologici . — 17.07.2018. Arhivat din original pe 26 aprilie 2019.
↑ Corradi, RLM, fluxuri bipolare multiple, coevale și de tip Hubble . Consultat la 10 noiembrie 2014. Arhivat din original la 24 decembrie 2019. (nedefinit)
↑ C. Szyszka și colab., The expansion proper motions of the planetary nebulous NGC 6302 from Hubble Space Telescope imaging . Preluat la 23 iunie 2020. Arhivat din original la 24 decembrie 2019. (nedefinit)
↑ Nebuloase planetare din galaxia noastră și dincolo . Consultat la 4 octombrie 2017. Arhivat din original la 10 noiembrie 2014. (nedefinit)

Link -uri

Edwin Hubble. O relație între distanță și viteza radială între nebuloase extragalactice (engleză) // Proc. NAS. - 1929. - Vol. 15. - P. 168-173. (Engleză)
G.A. Tammann . O notă retro și pro-spectivă
G.A. Tammann . Sușurile și coborâșurile constantei Hubble
S. B. Popov, A. V. Toporensky Zeii nu urmăresc expansiunea universului
S. B. Popov, A. V. Toporensky Dincolo de orizontul evenimentelor
Adam G. Riess și colaboratorii O redeterminare a constantei Hubble cu telescopul spațial Hubble de la o scară de distanță diferențială . (nedefinit)

Dicționare și enciclopedii	mare danez Mare catalană mare chinezesc Rusă mare in jurul lumii Britannica (online)

Cosmologie
Concepte și obiecte de bază	Univers univers observabil Tura roșie cosmologic radiația CMB Valuri gravitationale Expansiunea universului accelerat masă ascunsă Materie întunecată energie întunecată
Istoria Universului	Marea explozie mare revenire Cronologia Big Bang-ului Inflația Nucleosinteză primară Recombinare Evoluția galaxiilor Epoca Universului Viitorul Universului
Structura Universului	Structura la scară largă a Universului Supercluster de galaxii Grup mare de quasari Fir galactic Vidul Bubble Hubble Forma Universului
Concepte teoretice	Istoria dezvoltării ideilor despre univers Legea Hubble Instabilitatea gravitațională Principiul cosmologic Modele cosmologice Singularitatea cosmologică Modelul De Sitter modelul universului fierbinte Universul Friedman Distanța de însoțitor Densitatea critică Ecuația lui Friedman Ecuația cosmologică de stare Model Lambda-CDM
Experimente	Cosmologie observațională 2dF 6dF Bumerang COBE SDSS WMAP Planck DES
Portal: Astronomie