Hubble lag

Hubble-lagen (eller Hubble-Lemaitre-lagen [1] , lagen om galaxernas universella recession) är en kosmologisk lag som beskriver universums expansion . I artiklar och vetenskaplig litteratur är den, beroende på dess specialisering och publiceringsdatum, formulerad olika [2] [3] [4] .

Klassisk definition:

v=H_{0}r,

var är hastigheten för galaxen, är avståndet till den och är proportionalitetsfaktorn, idag kallad Hubble-konstanten . $v$ $r$ $H_{0}$

Men i modernt arbete av observatörer tar detta beroende formen

cz=H_{0}r,

där c är ljusets hastighet och z är rödförskjutningen . Det senare är också standardnotationen för avstånd i allt modernt kosmologiskt arbete.

Den tredje typen av Hubbles lag kan hittas i teoretiska publikationer:

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

där är en skalfaktor som bara beror på tid, är dess tidsderivat. $a$ ${\dot {a}}$

Hubbles lag är en av de viktigaste observerbara fakta inom kosmologi . Med den kan du grovt uppskatta universums expansionstid ( universums så kallade Hubble-ålder ):

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

Detta värde, upp till en numerisk faktor av enhetsordningen, motsvarar universums ålder, beräknat enligt Friedmans kosmologiska standardmodell .

Upptäcktshistorik

Åren 1913-1914 slog den amerikanske astronomen Westo Slipher fast att Andromeda-nebulosan och mer än ett dussin himmelska objekt rör sig i förhållande till solsystemet med enorma hastigheter (ca 1000 km/s). Detta innebar att de alla befann sig utanför galaxen (tidigare trodde många astronomer att nebulosor var planetsystem som bildades i vår galax). Ett annat viktigt resultat: alla utom tre av nebulosorna som Slifer studerade rörde sig bort från solsystemet. 1917-1922 fick Slifer ytterligare data som bekräftar att hastigheten för nästan alla extragalaktiska nebulosor är riktad bort från solen. Arthur Eddington , baserat på de kosmologiska modellerna av den allmänna relativitetsteorin som diskuterades under dessa år , föreslog att detta faktum speglar en allmän naturlag: universum expanderar , och ju längre ett astronomiskt objekt är från oss, desto större är dess relativa hastighet.

Typen av lag för universums expansion fastställdes experimentellt för galaxer av den belgiske vetenskapsmannen Georges Lemaitre 1927 [ 5] , och senare av den berömda E. Hubble 1929 med hjälp av 100-tums (254 cm) Mount Wilson Observatory-teleskopet , vilket gjorde det möjligt att lösa de galaxer som är närmast stjärnor. Bland dem var Cepheider , med hjälp av beroendet av "period-luminositet", Hubble mätte avståndet till dem, liksom rödförskjutningen av galaxer, vilket gör det möjligt att bestämma deras radiella hastighet.

Proportionalitetskoefficienten som erhölls av Hubble var cirka 500 km/s per megaparsec . Enligt olika uppskattningar är det aktuella värdet 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [6] eller 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [7] . En sådan signifikant skillnad från resultaten av E. Hubble tillhandahålls av två faktorer: frånvaron av en nollpunktskorrigering för period-luminositetsberoendet för absorption (som ännu inte upptäcktes vid den tiden) och ett betydande bidrag från egna hastigheter till den totala hastigheten för den lokala gruppen av galaxer [8] .

Teoretisk tolkning av observationer

Den moderna förklaringen av observationerna ges inom ramen för Friedmanns universum. Antag att det finns en källa i det tillkommande systemet på ett avstånd r 1 från observatören. Observatörens mottagande utrustning registrerar fasen för den inkommande vågen. Betrakta två intervall mellan punkter med samma fas [2] :

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

Å andra sidan, för en ljusvåg i det accepterade måttet , jämlikheten

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

Genom att integrera denna ekvation får vi

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

Med tanke på att när koordinaterna r inte är beroende av tiden, liksom våglängdens litenhet i förhållande till universums krökningsradie, får vi förhållandet

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

Om vi nu ersätter det med det ursprungliga förhållandet, då

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

Låt oss expandera a ( t ) till en Taylor-serie centrerad vid punkten a ( t 1 ) och bara ta hänsyn till första ordningens termer:

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

Efter att ha gjutit termer och multiplicerat med c :

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

Följaktligen är Hubble-konstanten

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

Uppskattning av Hubble-konstanten och dess fysiska betydelse

I expansionsprocessen, om den inträffar jämnt, bör Hubble-konstanten minska, och indexet "0" i dess beteckning indikerar att värdet på H 0 hänvisar till den moderna eran. Den reciproka av Hubble-konstanten bör då vara lika med den tid som förflutit sedan expansionen började, det vill säga universums ålder .

Värdet på H 0 bestäms från observationer av galaxer, till vilka avstånden mäts utan hjälp av rödförskjutning (i första hand från de ljusaste stjärnorna eller Cepheiderna ). De flesta oberoende uppskattningar av H 0 ger ett värde på 66–78 km/s per megaparsek för denna parameter . Det betyder att galaxer som ligger på ett avstånd av 100 megaparsek rör sig bort från oss med en hastighet av 6600-7800 km/s . För närvarande (2019) ger de värden som erhålls genom att beräkna avstånden till galaxer från ljusstyrkan hos de cefeider som observerats i dem på rymdteleskopet Hubble en uppskattning av 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [9] , och de värden som erhölls med mätningar av CMB-parametrarna vid Planck rymdobservatorium visade ett värde på 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [10] från och med 2018.

Problemet med att uppskatta H 0 kompliceras av det faktum att galaxer, förutom de kosmologiska hastigheterna på grund av universums expansion, också har sina egna (speciella) hastigheter, som kan vara flera hundra km/s (för medlemmar av massiva galaxhopar , mer än 1000 km/s ). Detta leder till att Hubbles lag är dåligt uppfylld eller inte alls uppfylld för föremål som ligger på ett avstånd närmare än 10-15 miljoner sv. år , det vill säga bara för de galaxer, till vilka avstånden bestäms mest tillförlitligt utan rödförskjutning.

Å andra sidan, om vi ersätter tiden lika med en fotonsvängningsperiod med rödförskjutningsformeln , får vi att Hubble-konstanten är den mängd med vilken fotonfrekvensen minskar under en svängningsperiod , oavsett våglängden , och för att bestämma hur mycket har fotonfrekvensen minskat, det är nödvändigt att multiplicera Hubble-konstanten med antalet gjorda vibrationer: $z=H_{0}t$ $T=1/\nu ,$ $\nu _{n}=nH_{0}.$

Analoger av Hubbles lag inom andra områden av astrofysik

En linjär ökning av expansionshastigheten med avstånd observeras också för många planetariska nebulosor (det så kallade Hubble-liknande flödet) [11] [12] [13] .

Se även

Hubble volym

Anteckningar

↑ 2018 antog International Astronomical Unions generalförsamling en resolution som rekommenderade användningen av namnet "Hubble-Lemaitre-lag". Denna rekommendation framkallade dock ett antal protester som "tveksamma ur historiska, vetenskapliga och filosofiska synvinklar", se Cormac O'Raifeartaigh, Michael O'Keeffe. Rödförskjutningar kontra paradigmskiften; mot att döpa om Hubbles lag Arkiverad 8 februari 2022 på Wayback Machine
↑ 1 2
- A.V. Zasov., K.A. Postnov. Allmän astrofysik . - Fryazino: Ålder 2, 2006. - S. 421 -432. — 496 sid. — ISBN 5-85099-169-7 .
- D.S. Gorbunov, V.A. Rubakov. Introduktion till teorin om det tidiga universum: The Hot Big Bang Theory. - Moskva: LKI, 2008. - S. 45-80. — 552 sid. - ISBN 978-5-382-00657-4 .
- Stephen Weinberg. Kosmologi . - Moskva: URSS, 2013. - S. 21 -81. — 608 sid. - ISBN 978-5-453-00040-1 .
↑ Hubble law / Novikov I. D. // Space Physics: Little Encyclopedia / Editorial Board: R. A. Sunyaev (Chief ed.) och andra - 2nd ed. - M .: Soviet Encyclopedia , 1986. - S. 709. - 783 sid. — 70 000 exemplar.
↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/5158/HUBBLE Hubble law] // Physical Encyclopedia. I 5 volymer.
↑ Edwin Hubble i översättningsproblem Arkiverad 21 mars 2017 på Wayback Machine . naturnyheter.
↑ Dan Scolnic, Lucas M. Macri, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Adam G. Riess. Cepheidstandarder för stora magellanska moln ger en 1 % grund för bestämning av Hubble-konstanten och starkare bevis för fysik bortom 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 resultat. VI. Kosmologiska parametrar . — 2018-07-17. - arXiv : 1807.06209 .
↑ Yu. N. Efremov. Hubble konstant . Astronet . Hämtad 29 oktober 2009. Arkiverad från originalet 11 augusti 2011. (obestämd)
↑ Dan Scolnic, Lucas M. Macri, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Adam G. Riess. Cepheidstandarder för stora magellanska moln ger en 1 % grund för bestämning av Hubble-konstanten och starkare bevis för fysik bortom ΛCDM . — 2019-03-18. - doi : 10.3847/1538-4357/ab1422 . Arkiverad från originalet den 14 juli 2019.
↑ M. Lilley, PB Lilje, M. Liguori, A. Lewis, F. Levrier. Planck 2018 resultat. VI. Kosmologiska parametrar . — 2018-07-17. Arkiverad från originalet den 26 april 2019.
↑ Corradi, RLM, Multipel, Coeval och Hubble-liknande bipolära utflöden . Hämtad 10 november 2014. Arkiverad från originalet 24 december 2019. (obestämd)
↑ C. Szyszka et al., Expansionens egenrörelser för den planetariska nebulosan NGC 6302 från Hubble Space Telescope-avbildning . Hämtad 23 juni 2020. Arkiverad från originalet 24 december 2019. (obestämd)
↑ Planetariska nebulosor i vår galax och bortom . Hämtad 4 oktober 2017. Arkiverad från originalet 10 november 2014. (obestämd)

Länkar

Edwin Hubble. Ett samband mellan avstånd och radiell hastighet bland extragalaktiska nebulosor (engelska) // Proc. NAS. - 1929. - Vol. 15. - S. 168-173. (Engelsk)
G.A. Tammann . En retro- och prospektiv notering
G.A. Tammann . Upp- och nedgångarna i Hubble Constant
S. B. Popov, A. V. Toporensky Gudar iakttar inte universums expansion
S. B. Popov, A. V. Toporensky Bortom händelsehorisonten
Adam G. Riess et al. En ombestämning av Hubble-konstanten med Hubble-rymdteleskopet från en differentialdistansstege . (obestämd)

Ordböcker och uppslagsverk	Stor dansk Stor katalanska stor kines Stor ryss runt världen Britannica (online)

Kosmologi
Grundläggande begrepp och objekt	Universum observerbart universum Rödförskjutning kosmologiska CMB-strålning Gravitationsvågor Universums expansion accelererad dold massa Mörk materia mörk energi
Universums historia	Big Bang stor rekyl Kronologi av Big Bang Inflation Primär nukleosyntes Rekombination Evolution av galaxer Universums ålder Universums framtid
Universums struktur	Universums struktur i stor skala Superkluster av galaxer Stor grupp av kvasarer Galaktisk tråd Tomhet Hubble bubbla Universums form
Teoretiska begrepp	Historien om utvecklingen av idéer om universum Hubble lag Gravitationsinstabilitet Kosmologisk princip Kosmologiska modeller Kosmologisk singularitet De Sitter modell het universum modell Friedmans universum Ledsagaravstånd Kritisk densitet Friedmans ekvation Kosmologisk tillståndsekvation Lambda-CDM-modell
Experiment	Observationskosmologi 2dF 6dF Bumerang COBE SDSS WMAP Planck DES
Portal: Astronomi