Cosmologia - L'universo in espansione

Cosmologyè lo studio dell'universo. Risalendo indietro nel tempo, c'erano diverse scuole di pensiero sull'origine dell'universo. Molti studiosi hanno creduto nelSteady State Theory. Secondo questa teoria, l'universo era sempre lo stesso, non aveva inizio.

Mentre c'era un gruppo di persone che avevano fede nel Big Bang Theory. Questa teoria prevede l'inizio dell'universo. Ci sono state prove di radiazioni calde escluse dal Big Bang, che ancora una volta supporta il modello. La teoria del Big Bang prevede l'abbondanza di elementi luminosi nell'universo. Quindi, seguendo il famoso modello del Big Bang, possiamo affermare che l'universo ha avuto un inizio. Viviamo in un universo in espansione.

Il Redshift di Hubble

All'inizio del 1900, il telescopio all'avanguardia, Mt Wilson, un telescopio da 100 pollici, era il più grande telescopio allora. Hubble è stato uno degli scienziati di spicco, che ha lavorato con quel telescopio. Ha scoperto che c'erano galassie fuori dalla Via Lattea.Extragalactic Astronomyha solo 100 anni. Il monte Wilson era il più grande telescopio fino a quando non fu costruito il Palmer Observatory che aveva un telescopio da 200 pollici.

HubbleHumason non era l'unica persona che osservava le galassie al di fuori della Via Lattea, lo aiutò. Hanno iniziato a misurare gli spettri delle galassie vicine. Hanno quindi osservato che uno spettro galattico era nella gamma di lunghezze d'onda visibili con emissione continua. C'erano linee di emissione e assorbimento in cima al continuum. Da queste linee possiamo stimare se la galassia si sta allontanando da noi o verso di noi.

Quando otteniamo uno spettro, supponiamo che provenga la linea più forte H-α. Dalla letteratura, la linea più forte dovrebbe apparire in6563 Å, ma se la linea si verifica da qualche parte 7000Å, possiamo facilmente dire che è spostato verso il rosso.

Dal Special Theory of Relativity,

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

dove, Z è il redshift, un numero adimensionale ev è la velocità di recessione.

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

Hubble e Humason si sono elencati 22 Galaxiesnel loro giornale. Quasi tutte queste galassie hanno mostrato spostamento verso il rosso. Hanno tracciato la velocità (km / s) rispetto alla distanza (Mpc). Hanno osservato una tendenza lineare e Hubble ha presentato la sua famosa legge come segue.

$$ v_r = H_o d $$

Questo è il Hubble Redshift Distance Relationship. Il pedicerindica che l'espansione è in direzione radiale. Mentre $ v_r $ è la velocità di recessione, $ H_o $ è il parametro di Hubble,dè la distanza della galassia da noi. Hanno concluso che le galassie lontane si ritirano più velocemente da noi, se il tasso di espansione dell'universo è uniforme.

L'espansione

Tutto si sta allontanando da noi. Le galassie non sono stazionarie, c'è sempre qualche espansione armonica. Le unità del parametro Hubble sono km sec ⁻¹ Mpc ⁻¹ . Se uno esce a una distanza di -1 Mpc, le galassie si muovono alla velocità di 200 km / sec. Il parametro Hubble ci fornisce la velocità di espansione. Come per Hubble e Humason, il valore di $ H_o $ è 200 km / sec / Mpc.

I dati hanno mostrato che tutte le galassie si stanno allontanando da noi. Quindi, è evidente che siamo al centro dell'universo. Ma Hubble non ha commesso questo errore, secondo lui, in qualunque galassia viviamo, troveremmo tutte le altre galassie che si allontanano da noi. Quindi, la conclusione è che lo spazio tra le galassie si espande e non c'è centro dell'universo.

L'espansione sta avvenendo ovunque. Tuttavia, ci sono alcune forze che si oppongono all'espansione. I legami chimici, la forza gravitazionale e altre forze attrattive tengono insieme gli oggetti. In precedenza tutti gli oggetti erano vicini tra loro. Considerando il Big Bang come una forza impulsiva, questi oggetti sono impostati per allontanarsi l'uno dall'altro.

Scala temporale

Su scala locale, la cinematica è governata dalla gravità. Nella legge di Hubble originale, c'erano alcune galassie che mostravano spostamento verso il blu. Questo può essere attribuito al potenziale gravitazionale combinato delle galassie. La gravità ha disaccoppiato le cose dalla legge di Hubble. La Galassia di Andromeda sta venendo verso di noi. La gravità sta cercando di rallentare le cose. Inizialmente l'espansione stava rallentando, ora sta accelerando.

C'era un Cosmic JerkA causa di ciò. Sono state effettuate diverse stime del parametro Hubble. Si è evoluto negli ultimi 90 anni da 500 km / sec / Mpc a 69 km / sec / Mpc. La disparità nel valore era dovuta alla sottostima della distanza. IlCepheid Stars sono stati usati come calibratori di distanza, tuttavia esistono diversi tipi di stelle Cefeidi e questo fatto non è stato considerato per la stima del parametro di Hubble.

Ora di Hubble

La costante di Hubble ci fornisce una stima realistica dell'età dell'universo. $ H_o $ darebbe l'età dell'universo a condizione che le galassie si muovano con la stessa velocità. L'inverso di $ H_o $ ci dà il tempo di Hubble.

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

Sostituendo il valore attuale di $ H_o, t_H $ = 14miliardi di anni. La velocità di espansione è stata costante durante l'inizio dell'Universo. Anche se questo non è vero, $ H_o $ fornisce un limite utile all'età dell'universo. Assumendo un tasso di espansione costante, quando tracciamo un grafico tra distanza e tempo, la pendenza del grafico è data dalla velocità.

In questo caso, il tempo di Hubble è uguale al tempo effettivo. Tuttavia, se l'universo si fosse espanso più velocemente in passato e più lentamente nel presente, il tempo di Hubble fornisce un limite massimo di età dell'universo. Se l'universo si stava espandendo lentamente prima e accelera ora, allora il tempo di Hubble darà un limite inferiore all'età dell'universo.

$ t_H = t_ {età} $ - se il tasso di espansione è costante.
$ t_H> t_ {age} $ - se l'universo si è espanso più velocemente in passato e più lentamente nel presente.
$ t_H <t_ {age} $ - se l'universo si è espanso più lentamente in passato e più velocemente nel presente.

Considera un gruppo di 10 galassie che si trovano a 200 Mpc da un altro gruppo di galassie. Le galassie all'interno di un ammasso non concludono mai che l'universo si sta espandendo perché la cinematica all'interno di un gruppo locale è governata dalla gravitazione.

Punti da ricordare

La cosmologia è lo studio del passato, presente e futuro del nostro universo.
Il nostro universo ha circa 14 miliardi di anni.
L'universo è in continua espansione.
Il parametro Hubble è una misura dell'età dell'universo.
Valore corrente di H_o è 69 km / sec / Mpc.