Закон Хаббла
-
Закон Хаббла
- Закон Хаббла утверждает, что галактики удаляются от Земли со скоростями, пропорциональными их расстоянию.
- Скорость определяется через красное смещение, которое показывает сдвиг света в сторону красного конца спектра.
- Закон был открыт Эдвином Хабблом в 1929 году.
-
История открытия
- Идея о расширении Вселенной была впервые выведена Александром Фридманом в 1922 году.
- Жорж Леметр независимо пришел к аналогичному выводу в 1927 году.
- Хаббл подтвердил существование космического расширения и определил постоянную Хаббла в 1929 году.
-
Уравнения Фридмана
- Фридман вывел уравнения, показывающие, что Вселенная может расширяться.
- Уравнения Фридмана включают метрику для однородной и изотропной Вселенной.
-
Форма Вселенной
- До Хаббла велись споры о размерах и форме Вселенной.
- Хаббл использовал наблюдения за переменными звездами-цефеидами для определения расстояний до галактик.
-
Диаграмма Хаббла
- Закон Хаббла можно изобразить на диаграмме, где скорость объекта отображается в зависимости от его расстояния.
- Прямая линия с положительным наклоном на диаграмме является наглядным изображением закона Хаббла.
-
Заброшенная космологическая постоянная
- После открытия Хаббла Эйнштейн отказался от космологической постоянной, введенной им для статического решения.
-
Уравнения Эйнштейна и космологическая постоянная
- Эйнштейн ввел постоянную, чтобы противостоять расширению или сжатию Вселенной.
- Открытие Хабблом расширения Вселенной привело к переосмыслению космологической постоянной.
-
Закон Хаббла
- Закон Хаббла связывает скорость спада и расстояние.
- Скорость спада равна dD/dt, где D — правильное расстояние.
- Постоянная Хаббла H0 постоянна в пространстве, но меняется со временем.
-
Красное смещение и скорость спада
- Красное смещение z связано со скоростью спада vrs.
- Скорость красного смещения vrs пропорциональна z и не связана с реальной скоростью.
- Скорость спада vr связана с красным смещением через масштабный коэффициент R.
-
Наблюдаемость параметров
- v и D не поддаются непосредственному наблюдению.
- Для близких галактик v можно оценить по zc.
- Для удаленных галактик v и D зависят от модели изменения H со временем.
-
Зависимость параметра Хаббла от времени
- Параметр Хаббла H постоянен в пространстве, но меняется со временем.
- Ускоряющаяся Вселенная не означает увеличение H, а уменьшение.
- Параметр замедления q связан с изменением H со временем.
-
Параметр Хаббла и его изменения
- Параметр Хаббла уменьшается со временем, если q < -1.
- В стандартной модели ΛCDM q стремится к -1, что означает экспоненциальный рост масштабного коэффициента Вселенной.
-
Идеализированный закон Хаббла
- Закон Хаббла описывает равномерное расширение Вселенной.
- Любые две точки, удаляющиеся друг от друга, удаляются со скоростью, пропорциональной расстоянию между ними.
-
Конечная судьба и возраст Вселенной
- Значение параметра Хаббла изменяется в зависимости от параметра замедления q.
- Долгое время считалось, что q положительна, что указывало на замедление расширения.
- Открытие отрицательного q в 1998 году изменило представление о возрасте Вселенной.
-
Парадокс Ольберса
- Парадокс Ольберса связан с бесконечной Вселенной и равномерным распределением звезд.
- Решение парадокса основано на теории Большого взрыва и расширении Хаббла.
-
Безразмерная постоянная Хаббла
- Вместо постоянной Хаббла используется безразмерная постоянная h.
- Расстояние выражается через красное смещение и h.
-
Ускорение расширения
- Отрицательное значение q указывает на ускорение расширения Вселенной.
- Вывод параметра Хаббла основан на уравнении Фридмана.
-
Вселенная с преобладанием материи
- Если во Вселенной преобладает материя, плотность Вселенной уменьшается пропорционально обратному объему.
- Уравнение Хаббла зависит от плотности материи, космологической постоянной и пространственной кривизны.
-
Вселенная с преобладанием материи и темной энергии
- Если во Вселенной преобладают материя и темная энергия, уравнение Хаббла зависит от уравнения состояния темной энергии.
- Для темной энергии с постоянным уравнением состояния w, плотность темной энергии уменьшается пропорционально обратному объему Вселенной.
-
Определение постоянной Хаббла
- Постоянная Хаббла H0 определяет скорость расширения Вселенной.
- В 1929 году Хаббл определил H0 как 500 км/с на миллион парсеков.
- С тех пор постоянная Хаббла измерялась различными методами, включая реликтовое излучение.
-
Единицы измерения, связанные с постоянной Хаббла
- Время Хаббла tH определяется как 1/H0 и составляет 14,4 миллиарда лет.
- Длина Хаббла cH-1 равна 4420 миллионам парсеков или 14,4 миллиардам световых лет.
- Объем Хаббла определяется как объем Вселенной с радиусом cH-1.
-
История измерений постоянной Хаббла
- Первоначальная оценка Хаббла была 500 км/с на миллион парсеков.
- Вальтер Бааде удвоил значение H0 в 1952 году.
- В 20-м веке значение H0 варьировалось от 50 до 90 км/с на миллион парсеков.
-
Напряжение Хаббла
- В 21 веке измерения дали значения H0 около 73 км/с на миллион парсеков для поздней Вселенной и 67,7 км/с на миллион парсеков для ранней Вселенной.
- Это расхождение называется «напряжением Хаббла» и требует объяснения.
-
Возможные объяснения напряжения Хаббла
- Систематическая ошибка в наблюдениях.
- Неучтенный эффект в наблюдениях.
- Нарушение космологического принципа.
- Заниженные погрешности измерений.
- Новая физика, выходящая за рамки модели ΛCDM.
-
Измерения постоянной Хаббла
- В 2018 году миссия Planck определила значение 67,66±0,42 (км/с)/Пдк.
- В 2019 году телескоп Хаббл дал значение 74,03±1,42 (км/с)/Пдк.
- Эти значения расходятся на уровне 4,4σ.
-
Новые методы определения постоянной Хаббла
- В 2018 году предложен метод на основе гравитационно-волновых событий.
- В 2019 году предложен метод на основе слияний пар нейтронных звезд.
- В 2019 году предложен метод на основе расстояний до звезд красного гиганта.
-
Независимые результаты и новые данные
- В 2020 году проект Megamaser подтвердил результаты по дистанционной лестнице.
- В 2020 году измерения космологического телескопа Атакама показали замедление расширения Вселенной.
- В 2023 году оценка постоянной Хаббла получена на основе килоновой.
-
Будущие исследования
- В 2024 году Венди Фридман и др. опубликовали предварительное измерение с использованием данных телескопа Джеймса Уэбба.
- Расстояния TRGB и JAGB согласуются, а расстояния с Цефеидами короче.
- Это намекает на возможность более низких значений H0.