Cosmologia - O Universo em Expansão

Cosmologyé o estudo do universo. Remontando no tempo, havia várias escolas de pensamentos sobre a origem do universo. Muitos estudiosos acreditaram noSteady State Theory. De acordo com essa teoria, o universo foi sempre o mesmo, não teve começo.

Embora houvesse um grupo de pessoas que tinham fé no Big Bang Theory. Esta teoria prevê o início do universo. Houve evidências de radiação quente deixada de fora do Big Bang, o que novamente apóia o modelo. A Teoria do Big Bang prevê a abundância de elementos leves no universo. Assim, seguindo o famoso modelo do Big Bang, podemos afirmar que o universo teve um início. Estamos vivendo em um universo em expansão.

O Hubble Redshift

No início de 1900, o telescópio de última geração, Mt Wilson, um telescópio de 100 polegadas, era o maior telescópio então. Hubble foi um dos cientistas proeminentes que trabalhou com aquele telescópio. Ele descobriu que havia galáxias fora da Via Láctea.Extragalactic Astronomytem apenas 100 anos. Mt Wilson foi o maior telescópio até que o Observatório Palmer foi construído, que tinha um telescópio de 200 polegadas.

Hubblenão foi a única pessoa a observar galáxias fora da Via Láctea, Humason o ajudou. Eles começaram a medir os espectros de galáxias próximas. Eles então observaram que um espectro galáctico estava na faixa de comprimento de onda visível com emissão contínua. Havia linhas de emissão e absorção no topo do continuum. A partir dessas linhas, podemos fazer uma estimativa se a galáxia está se afastando de nós ou em nossa direção.

Quando obtemos um espectro, assumimos que a linha mais forte vem de H-α. Da literatura, a linha mais forte deve ocorrer em6563 Å, mas se a linha ocorrer em algum lugar ao redor 7000Å, podemos facilmente dizer que ele está desviado para o vermelho.

De Special Theory of Relativity,

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

onde, Z é o desvio para o vermelho, um número adimensional ev é a velocidade de recessão.

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

Hubble e Humason listados abaixo 22 Galaxiesem seu papel. Quase todas essas galáxias exibiram deslocamento para o vermelho. Eles traçaram a velocidade (km / s) vs distância (Mpc). Eles observaram uma tendência linear e Hubble apresentou sua famosa lei da seguinte maneira.

$$ v_r = H_o d $$

Isto é o Hubble Redshift Distance Relationship. O subscritorindica que a expansão está na direção radial. Enquanto $ v_r $ é a velocidade de recuo, $ H_o $ é o parâmetro do Hubble,dé a distância da galáxia de nós. Eles concluíram que galáxias distantes se afastam mais rapidamente de nós, se a taxa de expansão do universo for uniforme.

A expansão

Tudo está se afastando de nós. As galáxias não são estacionárias, há sempre algum harmônico de expansão. As unidades do parâmetro Hubble são km seg ⁻¹ Mpc ⁻¹ . Se alguém sair a uma distância de -1 Mpc, as galáxias estariam se movendo a uma taxa de 200 kms / s. O parâmetro Hubble nos dá a taxa de expansão. De acordo com Hubble e Humason, o valor de $ H_o $ é 200 kms / seg / Mpc.

Os dados mostraram que todas as galáxias estão se afastando de nós. Assim, é evidente que estamos no centro do universo. Mas Hubble não cometeu esse erro, segundo ele, em qualquer galáxia em que vivêssemos, encontraríamos todas as outras galáxias se afastando de nós. Assim, a conclusão é que o espaço entre as galáxias se expande e não há centro no universo.

A expansão está acontecendo em todos os lugares. No entanto, existem algumas forças que se opõem à expansão. Ligações químicas, força gravitacional e outras forças atrativas mantêm os objetos unidos. Anteriormente, todos os objetos estavam próximos. Considerando o Big Bang como uma força impulsiva, esses objetos são configurados para se afastarem uns dos outros.

Escala de tempo

Em escalas locais, a cinemática é governada pela gravidade. Na lei de Hubble original, havia algumas galáxias que exibiam deslocamento para o azul. Isso pode ser creditado ao potencial gravitacional combinado das galáxias. A gravidade separou as coisas da lei de Hubble. A Galáxia de Andrômeda está vindo em nossa direção. A gravidade está tentando desacelerar as coisas. Inicialmente, a expansão foi desacelerando, agora está se acelerando.

Havia um Cosmic JerkPor causa disso. Várias estimativas para o parâmetro de Hubble foram feitas. Evoluiu ao longo dos 90 anos de 500 kms / seg / Mpc para 69 kms / seg / Mpc. A disparidade no valor se deve à subestimação da distância. oCepheid Stars foram utilizados como calibradores de distância, porém existem diferentes tipos de estrelas Cefeidas e este fato não foi considerado para a estimativa do parâmetro de Hubble.

Hora de Hubble

A constante de Hubble nos dá uma estimativa realista da idade do universo. O $ H_o $ daria a idade do universo, desde que as galáxias tenham se movido com a mesma velocidade. O inverso de $ H_o $ nos dá o tempo de Hubble.

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

Substituindo o valor presente de $ H_o, t_H $ = 14bilhões de anos. A taxa de expansão foi constante ao longo do início do Universo. Mesmo que isso não seja verdade, $ H_o $ fornece um limite útil para a idade do universo. Assumindo uma taxa constante de expansão, quando traçamos um gráfico entre distância e tempo, a inclinação do gráfico é dada pela velocidade.

Nesse caso, o tempo de Hubble é igual ao tempo real. No entanto, se o universo estava se expandindo mais rápido no passado e mais lentamente no presente, o tempo de Hubble fornece um limite superior de idade do universo. Se o universo estava se expandindo lentamente antes, e acelerando agora, o tempo de Hubble dará um limite inferior para a idade do universo.

$ t_H = t_ {idade} $ - se a taxa de expansão for constante.
$ t_H> t_ {idade} $ - se o universo se expandiu mais rápido no passado e mais devagar no presente.
$ t_H <t_ {idade} $ - se o universo se expandiu mais lentamente no passado e mais rápido no presente.

Considere um grupo de 10 galáxias que estão a 200 Mpc de outro grupo de galáxias. As galáxias dentro de um aglomerado nunca concluem que o universo está se expandindo porque a cinemática dentro de um grupo local é governada pela gravitação.

Pontos para lembrar

Cosmologia é o estudo do passado, presente e futuro do nosso Universo.
Nosso universo tem 14 bilhões de anos.
O universo está se expandindo continuamente.
O parâmetro Hubble é uma medida da idade do universo.
Valor atual de H_o é 69 kms / seg / Mpc.