A Hubble-diagram és a táguló világegyetem

Ahogy megvizsgáltad a galaxishalmazokat és spektrumokat az előző két részben, ugyanazokat a lépéseket tetted meg, mint Edwin Hubble 1929-ben. Most már csak egy feladat maradt hátra: elkészíteni egy Hubble diagramot, összegezve az adatokat, hogy valami újat tudj meg a Világegyetemről.

Hubble két fontos felismerést tett, ami az ábráján látható egyenes vonaltól a táguló univerzum gondolatához vezette. Először is, a lineáris összefüggés a távolság és a vöröseltolódás nem függ az iránytól az égen - az egyik irányban vöröseltolódást látunk, mintha a galaxisok távolodnának tőlünk, és a másik irányban is vöröseltolódást látunk, nem kékeltolódást. Mindenhol úgy tűnik, hogy a galaxisok távolodnak tőlünk, és minél messzebb vannak, annál gyorsabban látszanak távolodni. Másodszor, a galaxisszámlálások az ég különböző irányaiban és távolságokban arra engednek következtetni, hogy a teret egyenletesen töltik ki a galaxisok (annak ellenére, hogy szeretnek halmazokat képezni, de ezek a halmazok nagyjából egyforma sűrűn helyezkednek el).

A második megfigyelésből azt a következtetést vonhatjuk le, hogy a térnek az a része, ahol mi helyezkedünk el, semmilyen szempontból sem különleges - nem látunk semerre sem határt vagy más jellegzetességet. Habár a galaxisok távolodni látszanak tőlünk, ez nem jelenti azt, hogy mi vagyunk a világegyetem középpontjában. Statisztikai értelemben minden galaxis ugyanezt látja - bármelyik galaxison egy megfigyelő ha készít egy Hubble diagramot, lineáris összefüggést látna minden irányban. Ez pontosan az a kép, amit akkor kapunk, ha az egész tér egyforma mértékben tágul, és ahol a galaxisok jelzőbólyák az alattuk fekvő, táguló téren. A táguló univerzum modell nem működött volna, ha Hubble a vöröseltolódás és a távolság között lineáris összefüggés helyett bármi mást talált volna.

A Nagy Bumm

A "Nagy Bumm" kifejezés egy robbanásra enged következtetni valahol a térben, ami után a részecskék a téren keresztül haladva távolodnak egymástól. Ha ez a kép helyes lenne, akkor a robbanás helyétől függően a leggyorsabban mozgó részecskék kerültek volna a legmesszebbre, és egy lineáris kapcsolatot kapnánk a távolság és a sebesség között. Csakhogy ez NEM az fogalom, amin a nagy bumm kép alapul. A robbanási kép tulajdonképpen bonyolultabb, mint a nagy bumm kozmológiai modell - meg kell hogy mondjuk, miért egy bizonyos helyen és miért nem egy másik helyen volt a robbanás; mi különbözteti meg a peremen lévő galaxisokat a központhoz közelebb lévő galaxisoktól, stb. Az ősrobbanás modellben minden hely és galaxis ekvivalens - mindenki ugyanazt látja, nincsen perem és középpont.

Hubble nem maga mérte meg a vöröseltolódásokat. Azokat már megmérte néhány tucat galaxisra Vesto Slipher. Hubble kulcsfontosságú hozzájárulása a galaxisok és galaxishalmazok távolságainak megbecslése volt, és hogy felismerte, hogy az ábráján látható adatokat egy egyenes vonallal lehet reprezentálni.

A vöröseltolódás és a távolság közötti lineáris összefüggés a következőképpen fejezhető ki:

c z = H₀ d ,

ahol c a fénysebesség, z a spektroszkópiai vöröseltolódás, d a távolság, és H₀ egy arányossági konstans, amit Hubble állandónak neveznek. Ennek értéke a d távolsághoz használt mértékegységtől függ. Az alsó indexben a nulla annyit jelent, "a jelenlegi csillagászati időben", ami arra utal, hogy korábbi időkben esetleg más volt az értéke. Vegyük észre, hogy ahogy egyre nagyobb távolságra levő galaxisokat figyelünk meg, időben egyre régebbi állapotukban látjuk azokat, mivel tovább tartott, míg a fény elért hozzánk. Más szavakkal, a nagyobb d azt jelenti, korábbi kozmikus időben lévő dolgokat látunk.

Ha megkérdeznénk egy csillagászt, egy adott galaxisnak mi a távolsága, legvalószínűbb, hogy megmérné a z vöröseltolódást, és a fenti képlet segítségével számolná ki d-t. Ez nem az, amit mi fogunk csinálni: mi éppen azt akarjuk bebizonyítani, hogy a képlet helyes, ami azt jelenti, hogy d-t a vöröseltolódás méréstől függetlenül kell megbecsülnünk.

Abszolút és relatív távolságok

Egy kvazár, amit az SDSS talált 5.8 vöröseltolódásnál, vagyis kb. 2800 Mpc távolságban.

Amit a ebben részben mértünk, az relatív, nem abszolút távolság volt. Az abszolút távolság azt jelenti, hogy a d távolságot centiméterben vagy méterben vagy valamiben tudjuk - a csillagászok a megaparszek (Mpc) egységet használják. 1 megaparszek nagyjából 3 260 000 fényév, vagy kb. harmincezerszer milliárdszor milliárd kilométer. (Hogy érzékeltessük ezt a távolságot, az Androméda-galaxis egy kicsit kevesebb, mint 1 Mpc távolságra van.) Ilyen egységek használata mellett H₀ mértékegysége kilométer per másodperc per megaparszek. A jelenleg becsült érték H₀ = 70 km/sec/Mpc. Ennek a számnak a hibája körülbelül 10 %, ami a galaxisok abszolút távolságmérésének bizonytalanságát tükrözi. A Hubble állandó inverze, 1/H₀ megmondja, mennyi idő telt el a Nagy Bumm óta - azaz az Univerzum korát. Ha H₀ = 70 km/sec/Mpc, akkor milyen idős az univerzum? Ez a kor természetesen ugyanúgy 10 % erejéig bizonytalan, mint H₀.

Mivel a II. részben csak relatív távolságokat tudtunk mérni, nincs információnk H ₀ értékéről. De a munkánk jelentős eredményt ért el: a nagy bumm képet a lineáris összefüggés motiválta, nem a H₀ bármilyen konkrét értéke. Amit te is megcsináltál a II és III részben, azért Hubble majdnem megkapta a fizikai Nobel-díjat. (Sajnos 1953-ban meghalt, éppen amikor a bizottság készült neki ítélni a díjat. A Nobel-díj csak még élő embereknek adható.)

Összegzés

Az eddigi adatok a távolság és a vöröseltolódás között lineáris kapcsolatot mutatnak, és arra utalnak, hogy az univerzum tágul. Ez egy izgalmas eredmény, de ne felejtsd, hogy csak néhány galaxist néztünk meg, az égbolt egy egész kis részén. A csillagászoknak sok adatra van szükségük ahhoz, hogy meg legyenek győződve valamiről. Sokan szkeptikusok lennének a következtetéseidet illetően, hiszen ilyen kevés galaxist vizsgáltál csak. Azt mondhatnák, valami különös történt az égboltnak azon a részén, vagy hogy amit találtál, csak a véletlenek összjátéka.

Nos, Edwin Hubble is nehezen tudta meggyőzni a tudósokat a felfedezéséről. Miután ismertette felfedezését 1929-ben, Milton Humason csillagásszal együtt további galaxisokat kezdett vizsgálni. Többezer galaxist vizsgáltak meg, megpróbálva bebizonyítani, hogy a kapcsolat lineáris jellege valóban érvényes. Sikerült nekik: megfigyeléseik 1937-re a vöröseltolódás-távolság kapcsolatot szilárdan megalapozták.

A projektet Rich Kron és Jordan Raddick tervezte

Kérdések? Megjegyzések? Javaslatok? Írd meg E-mailben .