Astronomia

Domanda sul parametro Hubble (costante di Hubble) e misurarlo

Domanda sul parametro Hubble (costante di Hubble) e misurarlo


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Vedo questa domanda in "Un'introduzione alla cosmologia moderna - Andrew Liddle - Wiley Publication":

Nell'Universo reale l'espansione non è completamente uniforme. Piuttosto, le galassie mostrano un movimento casuale relativo all'espansione complessiva di Hubble, noto come la loro velocità peculiare e causato dall'attrazione gravitazionale dei loro vicini più vicini. Supponendo che una velocità peculiare di una galassia tipica (es. radice quadrata media) sia 600 km/s, quanto deve essere lontana una galassia prima che possa essere utilizzata per determinare la costante di Hubble con una precisione del 10%, supponendo

(a) Il vero valore della costante di Hubble è 100 km/s Mpc?

(b) Il vero valore della costante di Hubble è 50 km/sMpc ?

Assumi nel tuo calcolo che la distanza della galassia e lo spostamento verso il rosso possano essere misurati esattamente. Sfortunatamente, questo non è vero per le osservazioni reali.

Non so davvero come iniziare a risolverlo. Di cosa abbiamo bisogno per trovare la costante di Hubble. lo so $v=H.r$ ma non so come calcolare l'effetto di una velocità particolare. non lo sappiamo $v$ e $r$ nella formula di Hubble, come trovare $H$?


Puoi iniziare calcolando la velocità di allontanamento di una galassia se la sua velocità peculiare (data come circa 600 km/s) è inferiore o uguale al 10% della sua velocità di espansione.

Non ho intenzione di precisare il passaggio successivo come hai detto che non sai da dove cominciare.


Domanda sulle unità costanti di Hubble

Le unità della costante di hubble sono km/s/MegaPersec. Visto che la costante di hubble misura il tasso di espansione dell'universo, questa unità non ha senso per me. Speravo che qualcuno qui potesse chiarirmelo. Grazie

La costante di Hubble fornisce la velocità con cui le galassie lontane si stanno allontanando dalla Terra (e l'una dall'altra).

Una galassia situata d = 10 Mpc distante da noi si sta allontanando a velocità v = d x H = 721 km/s

Una galassia situata d = 100 Mpc distante da noi si sta allontanando a velocità v = 7.210 km/s

Sì. Può essere allettante cancellare le unità spaziali, ma ɿrasando' le nostre unità in questo modo ci radicano nel modo in cui usiamo effettivamente il parametro Hubble. Abbiamo scoperto che gli oggetti nell'universo che sono più lontani da noi sembrano allontanarsi più velocemente degli oggetti più vicini. Quindi possiamo immediatamente avere una stima approssimativa della velocità di recessione di un oggetto se conosciamo la sua distanza, o (più comunemente) ne conosciamo la distanza misurando la sua velocità di recessione (ad esempio con la spettroscopia della velocità radiale).

È a causa di come usiamo il parametro hubble e per la natura della sua scoperta (che non approfondirò qui, ma la pagina di Wikipedia dovrebbe avere una discussione sul lavoro di Edwin Hubble) le unità sono come sono . Se aiuta, non pensare alle unità come:

Invece: il modo in cui gli astronomi pensano a queste unità è (velocità)/(spazio). O velocità per unità di distanza da noi.


I ricercatori mettono in dubbio la misurazione della costante di Hubble da parte del team del premio Nobel Riess

Confronto di diverse misurazioni della costante di Hubble. Credito: ©Science China Press

Negli anni '20 Edwin Hubble, un astronomo americano, dimostrò che la velocità di recessione di una galassia aumenta con la sua distanza dalla terra, nota come legge di Hubble. La legge di Hubble è considerata la prima base osservativa per l'espansione dell'Universo e fornisce una forte evidenza per il modello del Big Bang. Il valore del tasso di espansione è chiamato costante di Hubble. La costante di Hubble è un parametro critico in cosmologia e la misurazione della costante di Hubble è un compito chiave per astrofisici e cosmologi. Recentemente un team cinese guidato dal Prof. Qing-Guo Huang dell'istituto di fisica teorica dell'Accademia cinese delle scienze ha proposto di utilizzare i set di dati dell'oscillazione acustica barionica (BAO) per determinare con precisione la costante di Hubble. Il loro lavoro, intitolato "Una determinazione accurata della costante di Hubble da set di dati di oscillazione acustica barionica", è stato pubblicato su Sci China-Phys Mech Astron 2015, Vol. 58 n. 9.

L'Universo si sta espandendo. Ci si può immediatamente chiedere qual è il tasso di espansione dell'Universo, cioè il valore della costante di Hubble. Nell'ambito della relatività generale proposta da Albert Einstein cento anni fa, la densità energetica totale del nostro Universo può essere determinata anche dalla costante di Hubble perché il nostro Universo è spazialmente piatto.

Solitamente, secondo la legge di Hubble, il valore della costante di Hubble viene stimato misurando gli spostamenti verso il rosso di galassie lontane e determinando le distanze delle stesse galassie. Per la maggior parte della seconda metà del XX secolo, la costante di Hubble è stata stimata tra 50 e 100 km/s/Mpc. Fino a quando il telescopio spaziale Hubble e il suo progetto Key non hanno pubblicato i loro risultati, la costante di Hubble è stata misurata accuratamente per la prima volta. Questo risultato è stato notevolmente migliorato dal premio Nobel Adam Riess e dai suoi collaboratori nel 2011.

BAO è considerato come un righello standard nell'Universo ed è usato per esplorare la storia di espansione dell'Universo. Tuttavia, di solito si pensava che i dati BAO da soli non potessero essere usati per determinare la costante di Hubble. È vero solo per i set di dati BAO a basso redshift a causa della degenerazione. Ma "La combinazione dei dati BAO a basso e ad alto redshift può essere utilizzata per determinare con precisione la costante di Hubble", hanno affermato gli autori. Inoltre, hanno scoperto che il solo BAO anisotropo a basso redshift potrebbe essere utilizzato per determinare con precisione anche la costante di Hubble. Combinando i set di dati BAO isotropi e anisotropi, hanno ottenuto una determinazione della costante di Hubble con una precisione di circa l'1,3%! Tuttavia, il loro risultato è relativamente basso rispetto a quello ottenuto da Riess et al..

D'altra parte, la costante di Hubble può essere determinata anche dalle anisotropie del Cosmic Microwave Background, ad esempio i dati del satellite Planck, indirettamente. Nel modello della costante cosmologica e della materia oscura fredda, i dati rilasciati dal satellite Planck nel 2013 implicano che anche la costante di Hubble è inferiore a quella ottenuta da Riess et al., ma coerente con quella ottenuta da questo team cinese. Il confronto di diverse misurazioni della costante di Hubble è mostrato nella Figura 1.

Ora il risultato ottenuto da Riess et al. è interrogato. Ad esempio, G. Efstathiou ha rianalizzato il Riess et al. Dati Cefeidi. Sulla base della distanza geometrica rivista del maser da NGC 4258, ha scoperto che la costante di Hubble era coerente sia con il satellite Planck che con i set di dati BAO.

È noto che una misurazione accurata della costante di Hubble ha il potenziale per rivelare una nuova fisica esotica, ad esempio un'energia oscura variabile nel tempo, particelle relativisitiche aggiuntive o massa di neutrini. Il team cinese guidato dal Prof. Qing-Guo Huang ha dato un importante contributo alla misurazione della costante di Hubble.


Universo in accelerazione, costante di Hubble decrescente

Ho risposto perfettamente. Ripeterò solo per enfasi. No, non intendiamo quello che hai detto. Quando diciamo che l'universo sta accelerando, intendiamo che l'espansione sta accelerando (un aumento della velocità di aumento del fattore di scala)

La nostra maniglia sulla dimensione dell'universo è il fattore di scala a(t). Ciò che si inserisce nella metrica di Friedman e fa espandere le distanze.
Il fattore di scala è l'elemento chiave nel modello di Friedman. Le due equazioni di Friedman governano l'evoluzione del fattore di scala.

(Cerca le equazioni di Friedman su Wiki)

Non preoccuparti per la tariffa Hubble. È solo un simbolo convenzionale per il rapporto a'/a.
Si riferisce in modo conveniente alle osservazioni, ed è estremamente utile, ma non è fondamentale.
La cosa reale a cui devi pensare è a(t). È la spina dorsale e il coraggio del modello.

Quando la gente dice " l'universo si sta espandendo" non significa nient'altro che questo
a'(t) > 0

Quando la gente dice " l'espansione sta accelerando" non significa nient'altro che
a"(t) > 0.

Non c'è motivo di stupirsi che H(t) stia diminuendo. H(t) è semplicemente qualcosa definito come uguale a'(t)/a(t) ed è abbastanza normale che una funzione che aumenta a un tasso crescente abbia quel particolare rapporto decrescente. Ecco un esempio:

Sia f(t) = t 3 sull'asse reale positivo.

Allora f'(t) = 3t 2 che è positivo quindi f è crescente

e f"(t) = 6t che è positivo quindi l'aumento sta accelerando.

Ma cosa sarebbe analogo a H, cioè f'(t)/f(t) = 3t 2 /t 3 = 3/t,

Ranku, grazie per aver postato questa domanda sul forum. È costruttivo. Molte persone non capiscono cosa significhi "accelerare l'espansione" e si confondono esattamente come hai fatto tu. Se c'è qualcosa al riguardo che ora non capisci, per favore fai altre domande. Continua a chiedere finché non è chiaro.


Cos'è la costante di Hubble?

Fino ad appena un secolo fa, si pensava che la nostra galassia fosse l'unica famiglia di stelle che occupava il Cosmo. I filosofi, in particolare Immanuel Kant nel XVIII secolo, postularono l'esistenza di altre famiglie di stelle oltre la nostra. Sfortunatamente, i loro postulati, sebbene corretti, non erano basati su dati empirici e quindi non potevano essere dimostrati.

La situazione iniziò a cambiare negli anni '20 e '30, quando l'astronomo Edwin Hubble mise gli occhi su altre galassie, usando il telescopio di 2,5 metri (100 pollici) recentemente costruito sul Monte Wilson nel sud della California. Per la prima volta, Hubble è stato in grado di vedere chiaramente le singole stelle all'interno di M31, la Galassia di Andromeda. Per la prima volta, si sapeva che esistevano famiglie di stelle oltre la Via Lattea.

Hubble ha anche scoperto qualcos'altro: quasi tutte le galassie si allontanano l'una dall'altra a velocità incredibili. Ha anche scoperto che questi raggruppamenti di stelle viaggiano a una velocità che dipende dalla loro distanza da noi: le galassie più distanti si allontanano da noi più rapidamente dei corpi locali. (Per inciso, non c'è niente di speciale nella nostra posizione nel Cosmo. Questo stesso effetto sarebbe visto da qualsiasi luogo nell'Universo in espansione).

La grande domanda - a cui deve ancora essere data una risposta precisa oggi - è quanto velocemente stanno viaggiando?

Espansione iniziata — ATTENDERE!

Dal Big Bang, l'Universo si è espanso.

Edwin Hubble ha deciso di misurare la velocità con cui le galassie si allontanano l'una dall'altra. Ha scoperto che le galassie obbediscono a una relazione, ora nota come legge di Hubble, che mostra una relazione lineare tra la distanza di una galassia e la sua velocità di recessione. Questa velocità è semplicemente il risultato della misurazione della distanza da una galassia e della sua moltiplicazione per la costante di Hubble.

Il valore della costante di Hubble è tipicamente mostrato in unità dispari, che possono sembrare poco familiari: chilometri al secondo per megaparsec (km/sec/Mpc). Cominciamo dalla fine: un parsec è un'unità di distanza approssimativamente uguale a 3,26 anni luce. Un megaparsec (un milione di parsec) è quindi una distanza pari a circa 3,26 milioni di anni luce.

Se il tasso di espansione dell'Universo fosse di 70 km/sec/Mpc, allora una galassia a 10 megaparsec di distanza da noi – teoricamente – scapperebbe a (70 volte 10, o) 700 chilometri al secondo. (Questo è in realtà così vicino, gli effetti gravitazionali locali sarebbero significativi, ma questo esempio mostra la matematica). Una galassia a una distanza doppia avrebbe una velocità di recessione doppia, e così via.

Quindi, la domanda diventa: qual è il valore della costante di Hubble? Questa è una delle domande più importanti in cosmologia e astrofisica oggi.

Fare la domanda giusta

Per misurare la costante di Hubble, è necessario misurare con precisione le distanze da oggetti lontani. Ecco uno sguardo ai metodi usati dagli astronomi per misurare queste enormi distanze. Credito immagine: NASA/ESA/A. Campo (STScI)

Gli astronomi utilizzano diversi metodi per misurare la costante di Hubble. Tuttavia, è apparso un enigma. Le osservazioni del nostro Universo locale producono valori diversi da quelli ottenuti dallo studio del Cosmo antico (più distante).

Tipicamente, le osservazioni delle galassie nel nostro vicinato galattico mostrano una costante di Hubble di circa 73 km/sec/Mpc. Le osservazioni delle increspature nello spaziotempo dall'Universo primordiale mostrano un valore di circa 67 km/sec/Mpc, quasi una differenza del 10%.

Conoscere il vero valore della costante di Hubble consentirebbe agli astrofisici di determinare molto sull'Universo, inclusa la sua età, con una precisione oggi sconosciuta.

La galassia ellittica NGC 1453 era una delle 63 galassie esaminate in questo nuovo studio. Credito immagine: Carnegie-Irvine Galaxy Survey

"L'età dell'universo viene calcolata utilizzando il tasso di espansione da precise misurazioni della distanza e l'età calcolata viene perfezionata in base al fatto che l'universo sembri accelerare o decelerare, data la quantità di materia osservata nello spazio. Un rapido tasso di espansione indica che l'universo non ha richiesto tanto tempo per raggiungere le sue dimensioni attuali, quindi è più giovane che se si espandesse più lentamente", spiega la NASA.

Un nuovo studio esamina la luminosità media delle stelle all'interno delle galassie ellittiche per misurare con maggiore precisione le loro distanze dalla Terra. Usando questa tecnica di fluttuazione della luminosità superficiale (SBF), gli astronomi hanno esaminato 63 galassie ellittiche giganti vicino a noi, cercando una misurazione indipendente della costante di Hubble (spesso abbreviata come H-naught).

La cifra che hanno trovato per H-naught - 73,3 km/sec/Mpc - è in accordo con altri tre metodi utilizzati per misurare la costante di Hubble dalle galassie vicine. Questi valori hanno una media di 73,5 km/sec/Mpc.

L'oggetto più distante in questo studio è visto a 99 Mpc (circa 323 milioni di anni luce) dalla Terra, una piccola frazione delle dimensioni del Cosmo.

“Per misurare le distanze delle galassie fino a 100 megaparsec, questo è un metodo fantastico. Questo è il primo documento che assembla un insieme ampio e omogeneo di dati, su 63 galassie, con l'obiettivo di studiare l'H-nulla utilizzando il metodo SBF", spiega il cosmologo Chung-Pei Ma dell'Università della California, Berkeley.

La materia oscura è un piatto che va servito freddo…

Le galassie ellittiche sono antiche famiglie di stelle più vecchie, per lo più giganti rosse, che forniscono un segnale infrarosso stabile attraverso la loro estensione. Sono state esaminate le immagini ottenute dal telescopio spaziale Hubble, misurando la luminosità di ciascun pixel nell'immagine, confrontandola con la luminosità media vista nell'immagine. Immagini più uniformi sono state viste da galassie più distanti, consentendo agli astronomi di misurare con precisione la distanza da questi 63 obiettivi.




Intervista a Scott Lambros, responsabile dei sistemi strumentali del James Webb Space Telescope, parlando di questo strumento rivoluzionario che potrebbe aiutarci a capire uno dei grandi misteri della scienza. Credito video: The Cosmic Companion.

Le somiglianze tra questa misurazione e altre rilevate attraverso l'esame delle galassie locali forniscono ulteriori prove che la costante di Hubble è probabilmente di circa 73 km/sec/Mpc.

Allora, che dire dei valori inferiori per H-nulla ottenuti dalle osservazioni dell'Universo primordiale? Se questi numeri non sono corretti, cambierebbe radicalmente il modello lambda della materia oscura fredda (CDM) del Cosmo. Questa teoria descrive molto sull'evoluzione dell'Universo usando solo pochi parametri.

"Una volta che puoi accettare l'universo come materia che si espande nel nulla che è qualcosa, indossare strisce con plaid diventa facile." — Albert Einstein

Trovare il modello CDM non corretto cambierebbe radicalmente la nostra comprensione del Cosmo. Rimane ancora la possibilità che alcuni fisici attualmente sconosciuti possano riconciliare i due valori radicalmente diversi per la costante di Hubble. Ma questa domanda rimane uno dei grandi misteri della scienza moderna.

Il telescopio spaziale James Webb, il cui lancio è previsto per Halloween 2021, sarà 100 volte più potente del telescopio spaziale Hubble. Questo strumento rivoluzionario fornirà agli astronomi le loro migliori misurazioni della costante di Hubble misurate dalle galassie vicine. E, potenzialmente, potrebbe rispondere a uno dei più grandi misteri del Cosmo.

I dettagli dello studio sono stati riportati su The Astrophysical Journal.

James Maynard

James Maynard è il fondatore ed editore di The Cosmic Companion. È un nativo del New England trasformato in ratto del deserto a Tucson, dove vive con la sua adorabile moglie, Nicole, e Max the Cat.


Titolo: Vincoli di misurazione del parametro Hubble e dell'oscillazione acustica barionica sulla costante di Hubble, la deviazione dal modello ΛCDM spazialmente piatto, il redshift della transizione decelerazione-accelerazione e la curvatura spaziale

Costruiamo una raccolta completa di dati affidabili del parametro Hubble H(z) per redshift z ≤ 2,36 e li usiamo con l'approccio del processo gaussiano per determinare funzioni H(z) continue per vari sottoinsiemi di dati. Da questi continui H(z), riassumendo tra i sottoinsiemi di dati considerati, troviamo H 0

67 ± 4 km s-1 Mpc-1, più coerente con i recenti valori inferiori osservati utilizzando una varietà di tecniche. Nella maggior parte dei sottoinsiemi di dati, osserviamo una transizione cosmologica decelerazione-accelerazione con un significato di 2 with, con i redshift di transizione dei sottoinsiemi di dati che variano oltre $ 0,33lt _>lt 1.0$ con significato 1σ. Scopriamo che il modello flat-ΛCDM è coerente con i dati H(z) a z da 1,5 a 2,0, a seconda del sottoinsieme di dati considerato, con deviazioni di 2σ da flat-ΛCDM al di sopra di questo intervallo di redshift. Usando l'H(z) continuo con le osservazioni del redshift della distanza di oscillazione acustica barionica, limitiamo l'attuale parametro di densità della curvatura spaziale a essere $<< m>>_=-0.03pm 0.21$, coerente con un universo piatto, ma la grande barra di errore non esclude piccoli valori di curvatura spaziale che sono ora in discussione.

  1. Nanchino Univ. (Cina) Kansas State University, Manhattan, KS (Stati Uniti)
  2. Kansas State University, Manhattan, KS (Stati Uniti)
  3. Nanchino Univ. (Cina)

Formati di citazione

67 ± 4 km s-1 Mpc-1, più coerente con i recenti valori inferiori osservati utilizzando una varietà di tecniche. Nella maggior parte dei sottoinsiemi di dati, vediamo una transizione cosmologica decelerazione-accelerazione con un significato di 2,, con i redshift di transizione dei sottoinsiemi di dati che variano oltre 0,33lt _>lt 1.0$ con significato 1σ. Scopriamo che il modello flat-ΛCDM è coerente con i dati H(z) a z da 1,5 a 2,0, a seconda del sottoinsieme di dati considerato, con deviazioni di 2σ da flat-ΛCDM al di sopra di questo intervallo di redshift. Usando l'H(z) continuo con le osservazioni del redshift della distanza di oscillazione acustica barionica, limitiamo l'attuale parametro di densità della curvatura spaziale a essere $<< m>>_=-0.03pm 0.21$, coerente con un universo piatto, ma la grande barra di errore non esclude piccoli valori di curvatura spaziale che sono ora in discussione.>,
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Domanda sul parametro Hubble (costante di Hubble) e misurarlo - Astronomia

Quindi, in che modo astronomi e cosmologi hanno determinato il parametro di Hubble? Edwin Hubble ha assegnato per la prima volta un valore nel 1929 di 500 km/s/Mpc, sulla base delle sue osservazioni di oggetti estremamente distanti sul Monte. Osservatorio Wilson nel sud della California. Gli astronomi hanno continuato a raccogliere dati per rivedere il parametro Hubble Allan Sandage ha raggiunto una buona stima di 75 km/s/Mpc nel 1958. Questo è stato un cambiamento significativo rispetto alla stima iniziale di Hubble. Il dibattito è diventato piuttosto aspro, con Sandage che ha rivisto la sua stima a circa 50 km/s/Mpc e Gerard de Vaucouleurs che ha proposto un valore intorno ai 90 km/s/Mpc. Questa vasta gamma di parametri di Hubble e i dibattiti sono continuati fino alla metà degli anni '90, quando i dati provenienti da veicoli spaziali come il telescopio spaziale Hubble hanno aiutato a migliorare i valori per il parametro Hubble.

Vari veicoli spaziali hanno fornito valori diversi per il parametro Hubble. E ciascuno di questi valori dipende dal tipo di oggetto osservato o dalla metodologia impiegata. Astronomi e cosmologi hanno raccolto dati da supernovae di tipo 1a, stelle variabili Cefeidi, lenti gravitazionali, fondo cosmico a microonde e, più recentemente, onde gravitazionali.

Diamo un'occhiata a come il parametro Hubble cambia le cose, in particolare l'età dell'Universo. Ricorda la legge di Hubble:

v &equals H o d

Dividendo entrambi i membri per d, risolve per H o :

v/d &equals H o

Poiché v &euguale a d/t (la velocità è uguale alla distanza divisa per il tempo, ad esempio 65 miglia/ora) sostituendo v:

d/t/d &equals H o

1/t è uguale a H o

t &euguale a 1/H o

Questa equazione - t &euguale a 1/H o— fornisce una relazione diretta tra l'età dell'Universo e il parametro di Hubble. Quindi, diamo un'occhiata a come funziona per determinare l'età dell'Universo.

Usiamo un valore per il parametro Hubble, H o , di 70 km/s/Mpc. Questo ci dà:

t &euguale a 1/H o &equals1/70 km/s/Mpc

Eppure queste unità non sembrano il tempo, tranne che per i secondi. E abbiamo bisogno - volere — l'età dell'Universo in anni. Quindi prima cancella le unità di distanza dividendo 3,09 × 10 19 km/Mpc per il parametro Hubble selezionato:

(3,09 × 10 19 km/Mpc) / (70 km/s/Mpc) e amp = 4,41 × 10 17 s (secondi)

Ci sono 3,16 × 10 7 secondi in un anno. Per convertire i secondi in anni, dividi il numero di secondi sopra per 3,16 × 10 7 s/anno:

(4,41 × 10 17 s) / (3,16 × 10 7 s/anno) &euguale a 1,396 × 10 10 anni o 13,96 miliardi di anni

Vediamo un altro esempio, basato sulla stima originale di Edwin Hubble del parametro di Hubble, Ho, pari a 500 km/s/Mpc:

t &euguale a 1/H o &euguale a1/500 km/s/Mpc

(3,09 × 10 19 km/Mpc) / (500 km/s/Mpc) &euguale a 6,18 × 10 16 s (secondi)

(6,18 × 10 16 s) / (3,16 × 10 7 s/anno) &euguale a 1,92 × 10 9 anni o 1,92 miliardi di anni

Quindi, confrontando i due valori per il parametro di Hubble, H o :

Parametro di Hubble, H o L'età dell'universo
70 km/s/Mpc 13,96 miliardi di anni
500 km/s/Mpc 500 km/s/Mpc

Per un parametro Hubble di 70 km/s/Mpc, vicino alla portata utilizzata oggi da astronomi e cosmologi, questo è un Universo circa 7,27 volte più vecchio della stima di Hubble del 1929.


Problema Hubble: un dibattito cosmico in rapida espansione

L'universo si sta espandendo a un ritmo accelerato, ma quanto è veloce quell'espansione?

Pensavamo di conoscere la risposta a questa domanda. Ma recenti scoperte hanno messo in dubbio la nostra comprensione.

Questa storia inizia negli Stati Uniti negli anni '20. All'epoca, la maggior parte degli astronomi credeva che la nostra galassia fosse tutto ciò che esisteva: era l'intero universo.

Ma le osservazioni dell'astronomo Edwin Hubble trasformerebbero la nostra comprensione del nostro posto nel cosmo.

Nel decennio precedente, l'astronoma americana Henrietta Swan Leavitt aveva identificato la relazione tra la luminosità e il periodo per una classe di stelle pulsanti note come variabili Cefeidi.

Questa scoperta chiave ha permesso agli astronomi di prevedere con precisione la distanza di queste stelle, fornendo una sorta di metro a nastro cosmico per misurare distanze molto più grandi di quanto fosse possibile prima.

Mentre studiava le variabili cefeidi nelle nebulose a spirale, Hubble si rese conto che queste stelle dovevano trovarsi ben oltre la nostra galassia.

Ciò ha portato alla realizzazione che la Via Lattea era solo una galassia tra le tante.

Presto Hubble ha scoperto che quasi tutte queste altre galassie si stanno allontanando da noi. Ciò ha portato il cosmologo belga Georges Lemaître a concludere che l'universo si sta espandendo.

Hubble e Lemaître hanno derivato indipendentemente una relazione matematica per descrivere questa espansione. La velocità di recessione (v) di una galassia è uguale alla sua distanza (D) moltiplicata per la costante di Hubble, un valore che descrive il tasso di espansione al momento attuale.

Tradizionalmente, la costante di Hubble è determinata misurando la distanza e la velocità di recessione delle galassie, utilizzando oggetti astronomici di luminosità nota. Queste cosiddette "candele standard" includono le supernove di tipo 1a, che sono fondamentalmente stelle nane bianche esplose che hanno una certa massa critica.

Ora, andiamo avanti velocemente al 2013.

Analizzando le mappe del Cosmic Microwave Background della missione Planck, gli astronomi sono stati in grado di calcolare il nostro valore più preciso della costante di Hubble: 67,4 chilometri al secondo per megaparsec.

Di per sé, può essere difficile capire cosa significhi Hubble Constant. Ma è importante perché determina l'età dell'universo e la nostra comprensione di come si è evoluto.

Quindi è stato un grande shock nel 2016 quando un progetto guidato dal premio Nobel Adam Riess è arrivato a un valore significativamente più alto per la costante di Hubble: 73,2 chilometri al secondo per megaparsec. Quel valore suggerirebbe che l'universo è più giovane di quanto pensassimo.

Riess ha guidato il progetto SH0ES, che prevedeva la misurazione dei nostri vecchi amici delle variabili Cefeidi, lo stesso tipo di stella che aveva permesso le scoperte di Swann Leavitt e Hubble.

Il risultato SH0ES sembra essere supportato da un altro progetto con un nome bizzarro, H0LiCOW.

Quel progetto, guidato da Sherry Suyu, calcola la costante di Hubble usando un altro metodo ingegnoso: la lente gravitazionale della luce emessa dai quasar. Questi sono nuclei galattici attivi luminosi che mostrano variazioni di luminosità.

Guardando al futuro, se la discrepanza tra la misurazione di Planck e le misurazioni più locali della costante di Hubble diventa più forte, allora potremmo guardare a una nuova fisica.

Un'altra misurazione diversa della costante di Hubble potrebbe provenire dal campo emergente dell'astronomia delle onde gravitazionali.

In teoria, gli astronomi potrebbero ottenere un valore accurato della costante di Hubble osservando le onde gravitazionali e la luce emessa dalla fusione di due stelle di neutroni. Ma sfortunatamente, questi eventi incredibilmente energetici, noti come kilonovae, si stanno dimostrando pochi e distanti tra loro.

Scopri di più sul mistero costante di Hubble nel numero di luglio 2020 di Mondo della fisica.


Sebbene in teoria dovremmo usare tutti le unità SI, per cose molto grandi o molto piccole queste unità sono di dimensioni scomode ed è comune inventare nuove unità che sono più convenienti. Così, per esempio, i fisici delle particelle misurano la massa in GeV (in senso stretto GeV/$c^2$) ei cosmologi misurano la distanza in anni luce e/o parsec.

Nel caso della costante di Hubble ha dimensioni di $T^<-1>$ quindi l'unità SI sarebbe $s^<-1>$. Il tempo di Hubble ha unità di $T$ quindi l'unità SI sarebbe la seconda. Tuttavia, se prendiamo il valore di $H$ misurato da Planck, $67 ext spazio esto^<-1>/ esto$, e convertire in unità di per secondo il valore è di circa $ 2,2 imes 10^ <-18> ext^<-1>$, che è molto più difficile da ricordare rispetto al numero $67$. Ecco perché i cosmologi usano quelle unità piuttosto strane. Finché tutti i cosmologi usano le stesse unità, non importa quali siano le unità.

La costante di Hubble non è in realtà costante e cambierà in futuro. Il modo esatto in cui cambia dipende dal comportamento dell'energia oscura, che al momento è alquanto incerta.

Risposta al commento:

Per convertire il valore di $H$ in $s^<-1>$:

Le unità di $H$ sono (riordinando leggermente) $s^<-1> ext/ esto$. Chilometri e Megaparsec sono entrambi unità di lunghezza, quindi il loro rapporto è un numero adimensionale. Se $N$ è il numero di chilometri in un megaparsec, allora il rapporto è solo $1/N$. Google ci dice che il numero di km in un Mpc è $3,09 imes 10^<19>$, quindi per convertire la costante di Hubble in unità di secondo basta dividerla per $3,09 imes 10^<19>$.

La costante di Hubble è, tecnicamente, a tempo reciproco. Se noti, due delle unità nella combinazione (km/s)/Mpc sono in realtà unità di distanza, quindi si annullano per dare il tempo reciproco, ovvero $mathrm^<-1>$ , ma con un prefattore. Il tempo di Hubble è quindi solo il suo reciproco.

In effetti, direi che è più naturale pensarlo come il tempo reciproco che usare la velocità per distanza, perché il vero "senso" della costante, almeno con un'espansione costante di Hubble, è che le distanze stanno aumentando in modo esponenziale allo stesso modo dell'"ingrandimento" continuo di una bitmap con una potenza di zoom in costante aumento. In effetti, l'ultrastruttura dell'Universo sta esplodendo come una bitmap del genere per un tempo molto lungo.

L'altro commento che le unità SI non possono fornire una scala ragionevole è sbagliato: ecco a cosa servono i prefissi SI, per formare unità multiple più grandi/più piccole delle unità di base in un modo facilmente convertibile. Invece di $mathrm^<-1>$ , un'unità migliore è $mathrm^<-1>$ , cioè reciproco exasecondi, dove un exasecondo è $10^<18> mathrm$. Per avere un'idea di questa scala temporale, l'età attuale dell'Universo è di circa 0,44 Es e la Terra di circa 0,14 Es. Un Es è quindi un po' più del doppio dell'età trascorsa dell'Universo finora.

Pertanto, nel sistema di unità SI completamente utilizzato, il valore è

con ampia incertezza, poiché sembra esserci qualche interessante conflitto (non ancora risolto!) tra i vari modi di valutare questa costante. Ciò che significa questo valore è che in ogni esasecondo, la scala dell'ultrastruttura subisce 2,3 " $e$ -folding", o zoom ciascuno di un fattore di ingrandimento $e imes$, cioè $circa 2,718 imes$ ciascuno.

La ragione per cui la velocità per distanza è utile, tuttavia, è che spesso vogliamo stimare la velocità di recessione di un oggetto distante. Se la distanza da un oggetto aumenta esponenzialmente con il tempo, ad es.

allora la velocità apparente con cui si allontana è data da

dove $D_0$ è la distanza al momento attuale, quindi la velocità di recessione al momento ( $t = 0$ ) è $H_0 D_0$ , la costante di Hubble per la distanza attuale, quindi può essere interpretata come velocità per distanza e possiamo piegare questo nell'unità per semplicità.


Qual è il valore attuale della costante di Hubble e perché è così importante?

Il valore di Parametro Hubble varia con il tempo e quindi non dovrebbe essere chiamato una costante. Non è una costante. Tuttavia il suo valore non cambia sensibilmente nelle scale temporali umane.

Sebbene questo sia un parametro cosmologico fondamentale, stimarne il valore è sempre stato irto di problemi. La confusione riguardo a questo ha portato al grande dibattito tra van den Bergh e Gustav Tammann nel 1996.

Nota : Il dibattito era intitolato "La scala dell'universo" e si è tenuto presso il museo nazionale di storia naturale dello Smithsonian.

van den Bergh sosteneva un valore più alto per il parametro Hubble intorno a #80quad km.s^<-1>.Mpc^<-1># mentre Tammann sosteneva un valore più basso vicino a #55 quad km.s^< -1>.Mpc^<-1># .

Prima del 1958 non esisteva un modo affidabile per determinarne il valore. La prima stima ragionevole della costante di Hubble è stata fatta da Alan Sandage nel 1958. ( #H_0=75quad km.s^<-1>Mpc^<-1># ).

Di seguito è riportato un grafico che mostra l'evoluzione della stima del parametro Hubble.


Guarda il video: Galaksi Andromeda dari Balik Teropong. Cara Memotret Andromeda dengan Teleskop u0026 HP (Luglio 2022).


Commenti:

  1. Mayir

    Ed è efficace?

  2. Yazid

    You admit the mistake. Considereremo.

  3. Cerin

    Frase eccellente ed è debitamente

  4. Lorimar

    Sono d'accordo, questo grande pensiero tornerà utile.

  5. Staunton

    Uspokoytes!

  6. Mealcoluim

    Mi scusi, ho rimosso questa frase

  7. Noah

    È difficile da dire.



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