Ley de Hubble

La ley de Hubble (o ley de Hubble-Lemaitre [1] , la ley de la recesión universal de las galaxias) es una ley cosmológica que describe la expansión del Universo . En artículos y literatura científica, dependiendo de su especialización y fecha de publicación, se formula de forma diferente [2] [3] [4] .

Definición clásica:

v=H_{0}r,

donde es la velocidad de la galaxia, es la distancia a ella, y es el factor de proporcionalidad, hoy llamado constante de Hubble . $v$ $r$ $H_{0}$

Sin embargo, en el trabajo moderno de los observadores, esta dependencia toma la forma

cz=H_{0}r,

donde c es la velocidad de la luz y z es el corrimiento al rojo . Además, esta última es la notación estándar para la distancia en todo el trabajo cosmológico moderno.

El tercer tipo de ley de Hubble se puede encontrar en publicaciones teóricas:

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

donde es un factor de escala que depende solo del tiempo, es su derivada en el tiempo. $a$ ${\punto {a}}$

La ley de Hubble es uno de los principales hechos observables en cosmología . Con él, puede estimar aproximadamente el tiempo de expansión del Universo (la llamada edad de Hubble del Universo ):

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

Este valor, salvo un factor numérico del orden de la unidad, corresponde a la edad del Universo, calculada según el modelo cosmológico estándar de Friedman .

Historial de descubrimientos

En 1913-1914, el astrónomo estadounidense Westo Slipher estableció que la Nebulosa de Andrómeda y más de una docena de objetos celestes se mueven en relación con el sistema solar a velocidades tremendas (alrededor de 1000 km/s). Esto significaba que todas estaban fuera de la Galaxia (anteriormente, muchos astrónomos creían que las nebulosas eran sistemas planetarios que se formaban en nuestra Galaxia). Otro resultado importante: todas menos tres de las nebulosas estudiadas por Slifer se estaban alejando del sistema solar. En 1917-1922, Slifer recibió datos adicionales que confirmaban que la velocidad de casi todas las nebulosas extragalácticas se alejaba del Sol. Arthur Eddington , basado en los modelos cosmológicos de la Teoría General de la Relatividad discutidos en esos años , sugirió que este hecho refleja una ley natural general: el Universo se está expandiendo , y cuanto más lejos está un objeto astronómico de nosotros, mayor es su velocidad relativa.

El tipo de ley para la expansión del Universo fue establecida experimentalmente para las galaxias por el científico belga Georges Lemaitre en 1927 [5] , y más tarde por el famoso E. Hubble en 1929 utilizando el telescopio del Observatorio Monte Wilson de 100 pulgadas (254 cm). , que hizo posible resolver las galaxias más cercanas a las estrellas. Entre ellas se encontraban las Cefeidas , utilizando la dependencia "período - luminosidad" de la cual Hubble midió la distancia a ellas, así como el corrimiento al rojo de las galaxias, lo que permite determinar su velocidad radial.

El coeficiente de proporcionalidad obtenido por Hubble fue de unos 500 km/s por megaparsec . Según diversas estimaciones, el valor actual es 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [6] o 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [7] . Dos factores proporcionan una diferencia tan significativa con los resultados de E. Hubble: la ausencia de una corrección de punto cero para la dependencia de la luminosidad del período para la absorción (que aún no se había descubierto en ese momento) y una contribución significativa de las propias velocidades. a la velocidad total para el grupo local de galaxias [8] .

Interpretación teórica de las observaciones

La explicación moderna de las observaciones se da en el marco del Universo Friedmann. Suponga que hay una fuente ubicada en el sistema comóvil a una distancia r 1 del observador. El equipo receptor del observador registra la fase de la onda entrante. Considere dos intervalos entre puntos con la misma fase [2] :

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

Por otro lado, para una onda de luz en la métrica aceptada , la igualdad

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

Integrando esta ecuación, obtenemos

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

Considerando que en las coordenadas comóviles r no depende del tiempo, así como la pequeñez de la longitud de onda con respecto al radio de curvatura del Universo, obtenemos la relación

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

Si ahora lo sustituimos en la proporción original, entonces

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

Expandamos a ( t ) en una serie de Taylor centrada en el punto a ( t 1 ) y tengamos en cuenta solo los términos de primer orden:

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

Después de lanzar términos y multiplicar por c :

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

En consecuencia, la constante de Hubble

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

Estimación de la constante de Hubble y su significado físico

En el proceso de expansión, si ocurre de manera uniforme, la constante de Hubble debería disminuir, y el índice "0" en su designación indica que el valor de H 0 se refiere a la era moderna. El recíproco de la constante de Hubble debería ser entonces igual al tiempo transcurrido desde que comenzó la expansión, es decir, la edad del Universo .

El valor de H 0 se determina a partir de observaciones de galaxias, cuyas distancias se miden sin la ayuda del corrimiento al rojo (principalmente, de las estrellas más brillantes o Cefeidas ) . La mayoría de las estimaciones independientes de H 0 dan un valor de 66 a 78 km/s por megaparsec para este parámetro . Esto significa que las galaxias situadas a una distancia de 100 megaparsecs se están alejando de nosotros a una velocidad de 6600-7800 km/s . En la actualidad (2019), los valores obtenidos al calcular las distancias a las galaxias a partir de la luminosidad de las Cefeidas observadas en ellas en el Telescopio Espacial Hubble dan una estimación de 74,03 ± 1,42 (km/s)/Mpc [9] , y los valores obtenidos mediante mediciones de los parámetros CMB en el observatorio espacial Planck , arrojaron un valor de 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc [10] a partir de 2018.

El problema de estimar H 0 se complica por el hecho de que, además de las velocidades cosmológicas debidas a la expansión del Universo, las galaxias también tienen sus propias velocidades (peculiares), que pueden ser de varios cientos de km/s (para miembros de masas masivas). cúmulos de galaxias , más de 1000 km/s ). Esto lleva al hecho de que la ley de Hubble se cumple pobremente o no se cumple en absoluto para objetos ubicados a una distancia más cercana a 10-15 millones de sv. años , es decir, solo para aquellas galaxias, cuyas distancias se determinan de manera más confiable sin corrimiento al rojo.

Por otro lado, si sustituimos el tiempo igual al período de oscilación de un fotón en la fórmula del corrimiento al rojo , obtenemos que la constante de Hubble es la cantidad por la cual la frecuencia del fotón disminuye en un período de oscilación, independientemente de la longitud de onda , y para determinar cómo Cuánto ha disminuido la frecuencia del fotón, es necesario multiplicar la constante de Hubble por el número de vibraciones realizadas: $z=H_{0}t$ $T=1/\nu ,$ ${\ estilo de visualización \ nu _ {n} = nH_ {0}.}$

Análogos de la ley de Hubble en otras áreas de la astrofísica

También se observa un aumento lineal en la tasa de expansión con la distancia para muchas nebulosas planetarias (el llamado flujo tipo Hubble) [11] [12] [13] .

Véase también

volumen del hubble

Notas

↑ En 2018, la Asamblea General de la Unión Astronómica Internacional adoptó una resolución recomendando el uso del nombre "Ley de Hubble-Lemaitre". Sin embargo, esta recomendación provocó una serie de protestas como "dudosas desde el punto de vista histórico, científico y filosófico", ver Cormac O'Raifeartaigh, Michael O'Keeffe. Desplazamientos al rojo frente a cambios de paradigma; contra el cambio de nombre de la Ley de Hubble Archivado el 8 de febrero de 2022 en Wayback Machine .
↑ 1 2
- A. V. Zasov., K. A. Postnov. Astrofísica general . - Fryazino: 2 años, 2006. - S. 421 -432. — 496 pág. — ISBN 5-85099-169-7 .
- D. S. Gorbunov, V. A. Rubakov. Introducción a la Teoría del Universo Temprano: La Teoría del Big Bang Caliente. - Moscú: LKI, 2008. - S. 45-80. — 552 págs. - ISBN 978-5-382-00657-4 .
- Esteban Weinberg. Cosmología . - Moscú: URSS, 2013. - S. 21 -81. — 608 pág. - ISBN 978-5-453-00040-1 .
↑ Ley de Hubble / Novikov I. D. // Física espacial: pequeña enciclopedia / Consejo editorial: R. A. Sunyaev (ed. en jefe) y otros - 2.ª ed. - M .: Enciclopedia soviética , 1986. - S. 709. - 783 p. — 70.000 copias.
↑ [dic.academic.ru/dic.nsf/enc_physics/5158/HUBBLE Ley de Hubble] // Enciclopedia física. En 5 tomos.
↑ Edwin Hubble en problemas de traducción Archivado el 21 de marzo de 2017 en Wayback Machine . noticias de la naturaleza.
↑ Dan Scolnic, Lucas M. Macri, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Adam G. Riess. Los estándares de cefeidas de la gran nube de Magallanes proporcionan una base del 1 % para la determinación de la constante de Hubble y una evidencia más sólida para la física más allá de ΛCDM . — 2019-03-18. -doi : 10.3847 / 1538-4357/ab1422 . — . - arXiv : 1903.07603 .
↑ M. Lilley, PB Lilje, M. Liguori, A. Lewis, F. Levrier. Resultados Planck 2018. VI. Parámetros cosmológicos . — 2018-07-17. -arXiv : 1807.06209 . _
↑ Yu. N. Efremov. Constante de Hubble . Astronet . Consultado el 29 de octubre de 2009. Archivado desde el original el 11 de agosto de 2011. (indefinido)
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↑ M. Lilley, PB Lilje, M. Liguori, A. Lewis, F. Levrier. Resultados Planck 2018. VI. Parámetros cosmológicos . — 2018-07-17. Archivado desde el original el 26 de abril de 2019.
↑ Corradi, RLM, Salidas bipolares múltiples, coetáneas y tipo Hubble . Consultado el 10 de noviembre de 2014. Archivado desde el original el 24 de diciembre de 2019. (indefinido)
↑ C. Szyszka et al., Los movimientos propios de expansión de la nebulosa planetaria NGC 6302 de imágenes del telescopio espacial Hubble . Consultado el 23 de junio de 2020. Archivado desde el original el 24 de diciembre de 2019. (indefinido)
↑ Nebulosas planetarias en nuestra galaxia y más allá . Consultado el 4 de octubre de 2017. Archivado desde el original el 10 de noviembre de 2014. (indefinido)

Enlaces

Edwin Hubble. Una relación entre la distancia y la velocidad radial entre nebulosas extragalácticas (inglés) // Proc. NAS. - 1929. - Vol. 15. - Pág. 168-173. (Inglés)
G. A. Tammann . Una nota retro y prospectiva
G. A. Tammann . Los altibajos de la constante de Hubble
S. B. Popov, A. V. Toporensky Los dioses no están observando la expansión del universo.
S. B. Popov, A. V. Toporensky Más allá del horizonte de eventos
Adam G. Riess et al.. Una redeterminación de la constante de Hubble con el telescopio espacial Hubble desde una escalera de distancia diferencial . (indefinido)

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