Kosmologie - Das expandierende Universum

Cosmologyist das Studium des Universums. In der Zeit zurück gab es mehrere Denkschulen bezüglich des Ursprungs des Universums. Viele Gelehrte glaubten an dieSteady State Theory. Nach dieser Theorie war das Universum immer das gleiche, es hatte keinen Anfang.

Während es eine Gruppe von Menschen gab, die Vertrauen in die hatten Big Bang Theory. Diese Theorie sagt den Beginn des Universums voraus. Es gab Hinweise auf heiße, ausgelassene Strahlung vom Urknall, was das Modell erneut unterstützt. Die Urknalltheorie sagt die Fülle der Lichtelemente im Universum voraus. Nach dem berühmten Modell des Urknalls können wir also feststellen, dass das Universum einen Anfang hatte. Wir leben in einem expandierenden Universum.

Die Hubble-Rotverschiebung

In den frühen 1900er Jahren wurde das hochmoderne Teleskop, Mt Wilson, ein 100-Zoll-Teleskop, war damals das größte Teleskop. Hubble war einer der prominenten Wissenschaftler, die mit diesem Teleskop arbeiteten. Er entdeckte, dass es außerhalb der Milchstraße Galaxien gab.Extragalactic Astronomyist nur 100 Jahre alt. Mt. Wilson war das größte Teleskop, bis das Palmer Observatory mit einem 200-Zoll-Teleskop gebaut wurde.

HubbleHumason war nicht die einzige Person, die Galaxien außerhalb der Milchstraße beobachtete. Er half ihm. Sie machten sich daran, die Spektren nahegelegener Galaxien zu messen. Sie beobachteten dann, dass ein galaktisches Spektrum im sichtbaren Wellenlängenbereich mit kontinuierlicher Emission lag. Auf dem Kontinuum befanden sich Emissions- und Absorptionslinien. Aus diesen Linien können wir abschätzen, ob sich die Galaxie von uns weg oder auf uns zubewegt.

Wenn wir ein Spektrum erhalten, nehmen wir an, dass die stärkste Linie von kommt H-α. Aus der Literatur sollte die stärkste Linie bei auftreten6563 Å, aber wenn die Linie irgendwo in der Nähe auftritt 7000Åkönnen wir leicht sagen, dass es rotverschoben ist.

Von dem Special Theory of Relativity,

$$ 1 + z = \ sqrt {\ frac {1+ \ frac {v} {c}} {1- \ frac {v} {c}}} $$

Dabei ist Z die Rotverschiebung, eine dimensionslose Zahl und v die Rezessionsgeschwindigkeit.

$$ \ frac {\ lambda_ {obs}} {\ lambda_ {rest}} = 1 + z $$

Hubble und Humason sind unten aufgeführt 22 Galaxiesin ihrer Zeitung. Fast alle diese Galaxien zeigten eine Rotverschiebung. Sie zeichneten die Geschwindigkeit (km / s) gegen die Entfernung (Mpc) auf. Sie beobachteten einen linearen Trend und Hubble stellte sein berühmtes Gesetz wie folgt vor.

$$ v_r = H_o d $$

Dies ist das Hubble Redshift Distance Relationship. Der Indexrzeigt an, dass die Ausdehnung in radialer Richtung erfolgt. Während $ v_r $ die zurückgehende Geschwindigkeit ist, ist $ H_o $ der Hubble-Parameter.dist die Entfernung der Galaxie von uns. Sie kamen zu dem Schluss, dass weit entfernte Galaxien schneller von uns zurücktreten, wenn die Expansionsrate für das Universum einheitlich ist.

Die Erweiterung

Alles bewegt sich von uns weg. Die Galaxien sind nicht stationär, es gibt immer eine gewisse harmonische Ausdehnung. Die Einheiten des Hubble-Parameters sind km sec ⁻¹ Mpc ⁻¹ . Wenn man eine Entfernung von - 1 Mpc verlässt, bewegen sich Galaxien mit einer Geschwindigkeit von 200 km / s. Der Hubble-Parameter gibt die Expansionsrate an. Gemäß Hubble und Humason beträgt der Wert von $ H_o $ 200 km / s / Mpc.

Die Daten zeigten, dass sich alle Galaxien von uns entfernen. Somit ist es offensichtlich, dass wir uns im Zentrum des Universums befinden. Aber Hubble hat diesen Fehler nicht gemacht, wie auch immer, in jeder Galaxie, in der wir leben, würden wir alle anderen Galaxien finden, die sich von uns entfernen. Die Schlussfolgerung ist also, dass sich der Raum zwischen den Galaxien ausdehnt und es kein Zentrum des Universums gibt.

Die Erweiterung findet überall statt. Es gibt jedoch einige Kräfte, die sich der Expansion widersetzen. Chemische Bindungen, Gravitationskraft und andere Anziehungskräfte halten Objekte zusammen. Früher waren alle Objekte nahe beieinander. Betrachtet man den Urknall als eine impulsive Kraft, so bewegen sich diese Objekte voneinander weg.

Zeitstrahl

Auf lokaler Ebene wird die Kinematik von der Schwerkraft bestimmt. Im ursprünglichen Hubble-Gesetz gab es einige Galaxien, die eine Blauverschiebung zeigten. Dies ist auf das kombinierte Gravitationspotential der Galaxien zurückzuführen. Die Schwerkraft hat die Dinge vom Hubble-Gesetz entkoppelt. Die Andromeda-Galaxie kommt auf uns zu. Die Schwerkraft versucht, die Dinge zu verlangsamen. Anfangs verlangsamte sich die Expansion, jetzt beschleunigt sie sich.

Da war ein Cosmic Jerkdeswegen. Für den Hubble-Parameter wurden mehrere Schätzungen vorgenommen. Es hat sich in den 90 Jahren von 500 km / s / Mpc auf 69 km / s / Mpc entwickelt. Die Ungleichheit im Wert war auf die Unterschätzung der Entfernung zurückzuführen. DasCepheid Stars wurden als Distanzkalibratoren verwendet, es gibt jedoch verschiedene Arten von Cepheid-Sternen, und diese Tatsache wurde bei der Schätzung des Hubble-Parameters nicht berücksichtigt.

Hubble-Zeit

Die Hubble-Konstante gibt uns eine realistische Schätzung des Alters des Universums. Das $ H_o $ würde das Alter des Universums angeben, vorausgesetzt, die Galaxien haben sich mit der gleichen Geschwindigkeit bewegt. Die Umkehrung von $ H_o $ gibt uns Hubble-Zeit.

$$ t_H = \ frac {1} {H_o} $$

Ersetzt man den Barwert von $ H_o, t_H $ = 14Milliarden Jahre. Die Expansionsrate war zu Beginn des Universums konstant. Auch wenn dies nicht der Fall ist, gibt $ H_o $ eine nützliche Grenze für das Alter des Universums. Unter der Annahme einer konstanten Expansionsrate ist die Steigung des Graphen durch die Geschwindigkeit gegeben, wenn wir einen Graphen zwischen Entfernung und Zeit zeichnen.

In diesem Fall entspricht die Hubble-Zeit der tatsächlichen Zeit. Wenn sich das Universum jedoch in der Vergangenheit schneller und in der Gegenwart langsamer ausgedehnt hätte, gibt die Hubble-Zeit eine Altersobergrenze des Universums an. Wenn sich das Universum zuvor langsam ausdehnte und jetzt schneller wurde, gibt die Hubble-Zeit eine Untergrenze für das Alter des Universums.

$ t_H = t_ {age} $ - wenn die Expansionsrate konstant ist.
$ t_H> t_ {age} $ - wenn sich das Universum in der Vergangenheit schneller und in der Gegenwart langsamer ausgedehnt hat.
$ t_H <t_ {age} $ - wenn sich das Universum in der Vergangenheit langsamer und in der Gegenwart schneller ausgedehnt hat.

Stellen Sie sich eine Gruppe von 10 Galaxien vor, die 200 Mpc von einer anderen Gruppe von Galaxien entfernt sind. Die Galaxien innerhalb eines Clusters schließen niemals, dass sich das Universum ausdehnt, da die Kinematik innerhalb einer lokalen Gruppe von der Gravitation bestimmt wird.

Punkte, die man sich merken sollte

Kosmologie ist das Studium der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft unseres Universums.
Unser Universum ist 14 Milliarden Jahre alt.
Das Universum wächst kontinuierlich.
Der Hubble-Parameter ist ein Maß für das Alter des Universums.
Aktueller Wert von H_o beträgt 69 km / s / mpc.