Cosmología: el universo en expansión
Cosmologyes el estudio del universo. Rastreando en el tiempo, hubo varias escuelas de pensamientos sobre el origen del universo. Muchos eruditos creían en laSteady State Theory. Según esta teoría, el universo siempre fue el mismo, no tuvo comienzo.
Si bien había un grupo de personas que tenían fe en la Big Bang Theory. Esta teoría predice el comienzo del universo. Hubo evidencias de radiación caliente dejada fuera del Big Bang, lo que nuevamente apoya el modelo. La teoría del Big Bang predice la abundancia de elementos ligeros en el universo. Así, siguiendo el famoso modelo del Big Bang, podemos afirmar que el universo tuvo un comienzo. Vivimos en un universo en expansión.
El corrimiento al rojo del Hubble
A principios de 1900, el telescopio de última generación, Mt Wilson, un telescopio de 100 pulgadas, era el telescopio más grande entonces. Hubble fue uno de los científicos prominentes que trabajó con ese telescopio. Descubrió que había galaxias fuera de la Vía Láctea.Extragalactic Astronomytiene solo 100 años. Mt Wilson fue el telescopio más grande hasta que se construyó el Observatorio Palmer, que tenía un telescopio de 200 pulgadas.
HubbleNo era la única persona que observaba galaxias fuera de la Vía Láctea, Humason lo ayudó. Se propusieron medir los espectros de galaxias cercanas. Luego observaron que un espectro galáctico estaba en el rango de longitud de onda visible con emisión continua. Había líneas de emisión y absorción en la parte superior del continuo. A partir de estas líneas, podemos hacer una estimación de si la galaxia se está alejando de nosotros o hacia nosotros.
Cuando obtenemos un espectro, asumimos que la línea más fuerte proviene de H-α. De la literatura, la línea más fuerte debe ocurrir en6563 Å, pero si la línea ocurre en algún lugar alrededor 7000Å, podemos decir fácilmente que está desplazado al rojo.
Desde el Special Theory of Relativity,
$$ 1 + z = \ sqrt {\ frac {1+ \ frac {v} {c}} {1- \ frac {v} {c}}} $$
donde, Z es el corrimiento al rojo, un número adimensional yv es la velocidad de recesión.
$$ \ frac {\ lambda_ {obs}} {\ lambda_ {resto}} = 1 + z $$
Hubble y Humason enumerados 22 Galaxiesen su papel. Casi todas estas galaxias exhibieron corrimiento al rojo. Trazaron la velocidad (km / s) frente a la distancia (Mpc). Observaron una tendencia lineal y Hubble propuso su famosa ley de la siguiente manera.
$$ v_r = H_o d $$
Este es el Hubble Redshift Distance Relationship. El subíndicerindica que la expansión está en la dirección radial. Mientras que $ v_r $ es la velocidad de retroceso, $ H_o $ es el parámetro de Hubble,des la distancia de la galaxia a nosotros. Concluyeron que las galaxias lejanas se alejan más rápido de nosotros, si la tasa de expansión del universo es uniforme.
La expansión
Todo se aleja de nosotros. Las galaxias no son estacionarias, siempre hay alguna expansión armónica. Las unidades del parámetro de Hubble son km seg −1 Mpc −1 . Si uno recorre una distancia de -1 Mpc, las galaxias se moverían a una velocidad de 200 kms / seg. El parámetro de Hubble nos da la tasa de expansión. Según Hubble y Humason, el valor de $ H_o $ es 200 kms / seg / Mpc.
Los datos mostraron que todas las galaxias se están alejando de nosotros. Por tanto, es evidente que estamos en el centro del universo. Pero Hubble no cometió este error, según él, en cualquier galaxia en la que vivamos, encontraríamos a todas las demás galaxias alejándose de nosotros. Por tanto, la conclusión es que el espacio entre las galaxias se expande y no hay centro del universo.
La expansión está sucediendo en todas partes. Sin embargo, hay algunas fuerzas que se oponen a la expansión. Los enlaces químicos, la fuerza gravitacional y otras fuerzas atractivas mantienen unidos los objetos. Antes, todos los objetos estaban muy juntos. Considerando el Big Bang como una fuerza impulsiva, estos objetos están preparados para alejarse unos de otros.
Escala de tiempo
A escalas locales, la cinemática se rige por la gravedad. En la ley de Hubble original, había algunas galaxias que mostraban un desplazamiento al azul. Esto se puede atribuir al potencial gravitacional combinado de las galaxias. La gravedad ha desacoplado las cosas de la ley de Hubble. La Galaxia de Andrómeda viene hacia nosotros. La gravedad está intentando ralentizar las cosas. Inicialmente, la expansión se estaba desacelerando, ahora se está acelerando.
Hubo un Cosmic JerkDebido a esto. Se han realizado varias estimaciones del parámetro de Hubble. Ha evolucionado durante los 90 años de 500 kms / seg / Mpc a 69 kms / seg / Mpc. La disparidad en el valor se debió a la subestimación de la distancia. losCepheid Stars se utilizaron como calibradores de distancia, sin embargo existen diferentes tipos de estrellas Cefeidas y este hecho no se consideró para la estimación del parámetro de Hubble.
Hora del Hubble
La constante de Hubble nos da una estimación realista de la edad del universo. El $ H_o $ daría la edad del universo siempre que las galaxias se hayan estado moviendo con la misma velocidad. La inversa de $ H_o $ nos da el tiempo de Hubble.
$$ t_H = \ frac {1} {H_o} $$
Reemplazando el valor presente de $ H_o, t_H $ = 14mil millones de años. La tasa de expansión ha sido constante a lo largo del comienzo del Universo. Incluso si esto no es cierto, $ H_o $ da un límite útil sobre la edad del universo. Suponiendo una tasa de expansión constante, cuando trazamos una gráfica entre la distancia y el tiempo, la pendiente de la gráfica viene dada por la velocidad.
En este caso, el tiempo de Hubble es igual al tiempo real. Sin embargo, si el universo se había expandido más rápido en el pasado y más lento en el presente, el tiempo de Hubble da un límite superior de edad del universo. Si el universo se expandía lentamente antes y se aceleraba ahora, entonces el tiempo de Hubble dará un límite más bajo en la edad del universo.
$ t_H = t_ {age} $ - si la tasa de expansión es constante.
$ t_H> t_ {age} $ - si el universo se ha expandido más rápido en el pasado y más lento en el presente.
$ t_H <t_ {age} $ - si el universo se ha expandido más lento en el pasado y más rápido en el presente.
Considere un grupo de 10 galaxias que se encuentran a 200 Mpc de otro grupo de galaxias. Las galaxias dentro de un cúmulo nunca concluyen que el universo se esté expandiendo porque la cinemática dentro de un grupo local está gobernada por la gravitación.
Puntos para recordar
La cosmología es el estudio del pasado, presente y futuro de nuestro Universo.
Nuestro universo tiene 14.000 millones de años.
El universo se expande continuamente.
El parámetro de Hubble es una medida de la edad del universo.
Valor actual de Ho es de 69 kms / seg / Mpc.