universets ekspansjon eller sammentrekning avhenger av dets innhold og tidligere historie. Med nok materie vil utvidelsen sakte eller til og med bli en sammentrekning. På den annen side driver mørk energi universet mot økende ekspansjonshastigheter. Den nåværende ekspansjonshastigheten uttrykkes vanligvis Som Hubble-Konstanten (i enheter kilometer per sekund per Megaparsek, eller bare per sekund).

Hubble fant at universet ikke var statisk, men heller ekspanderte!

Historisk Oversikt

På 1920-tallet oppdaget Edwin Hubble ved Hjelp av Det nybygde 100″ teleskopet Ved MountWilson Observatory variable stjerner i flere tåker. Nebulae er diffuseobjekter hvis natur var et tema for oppvarmet debatt i det astronomiske samfunnet: var deinterstellære skyer i Vår Egen Melkeveis galakse, eller hele galakser utenfor vår galakse?Dette var et vanskelig spørsmål å svare på fordi det er notorisk vanskelig å måle avstanden til de fleste astronomiske legemer siden det ikke er noe referansepunkt for sammenligning.Hubbles oppdagelse var revolusjonerende fordi disse variable stjernene hadde et karakteristisk mønster som ligner en klasse stjerner kalt Cepheid variabler. Tidligere hadde Henrietta Levitt,en del av en gruppe kvinnelige astronomer som jobbet Ved Harvard College Observatory, vist at det var en tett sammenheng mellom perioden med En Cepheid variabel stjerne og densluminositet (inneboende lysstyrke). Ved å kjenne lysstyrken til en kilde er det mulig å måle avstanden til den kilden ved å måle hvor lyst det ser ut til oss: dimmerit vises jo lenger unna det er. Ved å måle perioden til disse stjernene (og deretter deres lysstyrke) og deres tilsynelatende lysstyrke, Kunne Hubble dermed vise at Disse tåkene ikke var skyer i Vår Egen Galakse, men var eksterne galakser langt utenfor kanten av Vår Egen Galakse.Hubbles andre revolusjonerende oppdagelse var basert på å sammenligne Hans målinger av de kefeidbaserte avstandsbestemmelsene i galaksen med målinger av de relative hastighetene i disse galaksene. Han viste at fjernere galakser beveget seg vekk fra oss merraskt:

v = Hod

hvor v er hastigheten som en galakse beveger seg bort fra oss, og d er dens avstand. Den proporsjonalitetskonstanten Ho kalles Nå Hubble-konstanten. Den vanligste hastighetsenheten som brukes til å måle hastigheten til en galakse er km/sek, mens Den vanligste enheten for å måle avstanden til nærliggende galakser kalles Megaparsec (Mpc) som tilsvarer 3,26 millioner lysår eller 30.800.000.000.000.000.000 km! Dermed er Enhetene Til Hubble-konstanten (km / sek)/Mpc.

denne oppdagelsen markertebegynnelsen av den moderne tidsalderen for kosmologi. I dag forblir Cepheid-variabler en av de bestemetoder for måling av avstander til galakser og er avgjørende for å bestemme ekspansjonsraten (Hubble-konstanten) og universets alder.

Hva Er Cepheid Variabler?

strukturen til alle stjerner, Inkludert Solen og Cepheid variable stjerner, bestemmes av stoffets opasitet i stjernen. Hvis saken er veldig ugjennomsiktig, tar det lang tid for fotoner å diffundere ut fra stjernens varme kjerne, og sterk temperatur og trykkgradienter kan utvikle seg i stjernen. Hvis saken er nesten gjennomsiktig, såbilder beveger seg lett gjennom stjernen og sletter enhver temperaturgradient. Cepheide starsoscillate mellom to stater: når stjernen er i sin kompakte tilstand, helium i et lag av atmosfæren er enkeltvis ionisert. Fotoner sprer seg ut av den bundne elektronen i thesingly ioniserte heliumatomer, og dermed er laget meget ugjennomsiktig og stor temperatur og trykkgradienter bygger opp over laget. Disse store pressene forårsaker laget (oghele stjernen) å utvide seg. Når stjernen er i sin utvidede tilstand, helium i lageter dobbelt ionisert, slik at laget er mer gjennomsiktig for stråling og det er myesvakere trykkgradient over laget. Uten trykkgradienten for å støtte stjernen mot tyngdekraften, samler laget (og hele stjernen) og stjernen vender tilbake til sin komprimerte tilstand.

Cepheid variable stjerner har masser mellom fem og tjue solmasser. De moremassive stjernene er mer lysende og har mer utvidede konvolutter. Fordi deres konvolutterer mer utvidet og tettheten i konvoluttene er lavere, deres variabilitetsperiode, som er proporsjonal med den inverse kvadratroten av tettheten i laget, erlengre.

Tekst Link TIL hst pressemelding som beskriver dette bildet.

Vanskeligheter med Å Bruke Cepheider

Det har vært en rekke problemer forbundet med å bruke Cepheider som avstandsindikatorer. For mye av forrige århundre brukte astronomer fotografiske plater til å måle fluxesfra stjerner. Platene var svært ikke-lineære og ofte produsert feil flux målinger.Siden massive stjerner er kortvarige, er de alltid plassert i nærheten av deres støvete fødesteder.Støv absorberer lys, spesielt på blå bølgelengder der de fleste fotografiske bilder ble tatt, og hvis det ikke er riktig korrigert for, kan denne støvabsorpsjonen føre til feilaktige belysningsbestemmelser. Til Slutt har Det vært svært vanskelig å oppdage Cepheider i fjerne galakser fra bakken: Jordens svingende atmosfære gjør det umulig å skille disse stjernene fra det diffuse lyset fra deres vertsgalakser.En annen historisk vanskelighet med Å bruke Cepheider som avstandsindikatorer har vært problemet med å bestemme avstanden til et utvalg av Nærliggende Cepheider. I de senere år har astronomer utviklet flere svært pålitelige og uavhengige metoder for å bestemmeavstandene Til Den Store Magellanske Sky (LMC) og Den Lille Magellanske Sky (SMC), to av de nærliggende satellittgalaksene i Vår Egen Melkeveis Galakse. Siden LMC og SMC inneholderstort antall Cepheider, de kan brukes til å kalibrere avstandsskalaen.

Nylige Fremskritt

Teknologiske fremskritt har gjort det mulig for astronomer å overvinne en rekke andre tidligere vanskeligheter. Detektorer kalt CCDs (charge coupled devices-som de som brukes i digitale kameraer) gjort mulignøyaktig stråling flux målinger. Disse detektorer er også følsomme i infrarødbølgelengde. Støv er mye mer gjennomsiktig på disse bølgelengdene. Ved å måle fluxer påflere bølgelengder, astronomer var i stand til å korrigere for støvets effekter og gjøre mye mer nøyaktige avstandsbestemmelser.disse fremskrittene muliggjorde mer nøyaktige studier av nærliggende galakser som utgjør den»Lokale Gruppen» av galakser. Astronomer observerte Kefeider i både den metallrike regionen I andromedagalaksen og dens metallfattige ytre region. (Til en astronom er et» metall » noe element tyngre enn helium – det nest letteste elementet iperiodisk bord. Slike grunnstoffer produseres i stjerner og slippes til slutt ut i det interstellare materiet etter hvert som stjernene utvikler seg.) Dette arbeidet viste at Egenskapene Til Cepheidsvar ikke sensitivt avhengig av kjemiske overflod. Til tross for disse fremskrittene kunne astronomer, begrenset Av Jordens atmosfære, bare måle avstandene til nærmestegalaksier. I tillegg til bevegelsen på grunn av utvidelsen av universet, har galakser»relative bevegelser» på grunn av gravitasjonskraften fra sine naboer. På grunn av disse «særegne bevegelsene» må astronomer måle avstandene til distantgalaxies slik at De kan bestemme Hubble-konstanten.Prøver å presse dypere inn i universet, har astronomer utviklet en rekke nyeteknikker for å bestemme relative avstander til galakser: disse uavhengige relativeavstandsskalaene er nå enige om bedre enn 10%. For eksempel er det et veldig stramt forhold, kalt Tully-Fisher-forholdet, mellom rotasjonshastigheten til en spiralgalakse ogdens lysstyrke. Astronomer fant også At type Ia supernova, som antas å være på grunn av den eksplosive brenningen av en hvit dvergstjerne, alle hadde nesten samme toppluminositet.Men uten nøyaktige målinger av avstand til et stort antall prototypegalakser,kunne astronomer ikke kalibrere disse relative avstandsmålinger. Dermed var deunable til å gjøre nøyaktige bestemmelser Av Hubble-konstanten.i løpet Av de siste tiårene har ledende astronomer, ved hjelp av forskjellige data, rapportert verdier for Hubble-konstanten som varierte mellom 50 (km / sek) / Mpc og 100 (km/sek)/Mpc.Å løse denne faktoren av to uoverensstemmelser var et av de viktigste utestående problemene i observasjonell kosmologi.

Hubble Key Project

Nøkkelprosjektet skisserte De viktigste målene For Hubble Space Telescope (HST). Et av HOVEDMÅLENE MED HST var å fullføre Edwinhubbles program for å måle avstander til nærliggende galakser. Mens Hubble SpaceTelescope er sammenlignbar i diameter Til Hubbles teleskop På Mount Wilson, hadde den fordelen av å være over Jordens atmosfære, heller enn å være plassert påutkanten Av Los Angeles. NASAS reparasjon Av Hubble Space Telescope gjenopprettet sin visjon og aktiverte Nøkkelprosjektprogrammet. Bildene nedenfor viser før og etter bilder av m100, en av de nærliggende galakser observert av nøkkelprosjektprogrammet. Med therefurbished HST var det mye lettere å oppdage individuelle lyse stjerner I M100, et nødvendig skritt i å studere Cepheid-variabler. Prosjektet sjekket også for å se om egenskapene til cepheid-variablene er følsomme for stjernesammensetning.

hst bilde Av M100 før og etter reparasjon

Tekst Link TIL hst pressemelding som beskriver dette bildet.samlet sett forsøkte nøkkelprosjektet å få avstander til 20 nærliggende galakser. Med denne storeprøven kalibrerte prosjektet og krysset et antall sekundære avstandsindikatorer. Fordi M100 er nær nok til at den særegne bevegelsen er en signifikant fraksjon av Hubble-ekspansjonshastigheten, brukte nøkkelprosjektgruppen relative avstandsindikatorer for å ekstrapolere Fra Virgo-klyngen, en nærliggende klynge av galakser som inneholder 100, til den fjernere Comahopen og for å oppnå en måling Av Hubble-konstanten på 70 (km / sek) / Mpc, med en usikkerhet på 10%.

nøkkelprosjektbestemmelsen Av Hubble-konstanten er i samsvar med en rekkeuavhengig innsats for å estimere Hubble-konstanten: en statistisk syntese byG.F. R. Ellis og hans samarbeidspartnere av den publiserte litteraturen ga en verdi mellom 66 og 82 (km / sek) / Mpc. Det var imidlertid fortsatt ikke fullstendig konsensus om verdien avhubelkonstant.

WMAP Og Hubble-Konstanten

ved å karakterisere den detaljerte strukturen til den kosmiske mikrobølgebakgrunnensvingninger, HAR WMAP nøyaktig bestemt de grunnleggendekosmologiske parametere, inkludert Hubble-konstanten. Den nåværende beste direkte måling Av Hubble-konstanten er 73,8 km/sek/Mpc (gi eller ta 2,4 km/sek / Mpc inkludert både tilfeldige og systematiske feil), tilsvarende en 3% usikkerhet. Ved å bruke BARE WMAP-data, Er Hubble-konstanten anslått til 70.0 km / sek / Mpc (gi eller ta 2.2 km / sek / Mpc), også en 3% måling. Dette forutsetter at universet er romlig flatt, som er i samsvar med alle tilgjengelige data. Denne målingen er helt uavhengig av tradisjonelle målinger ved Hjelp Av Cepheid variabler og andre teknikker. Men hvis vi ikke antar flathet, kan vi kombinere WMAP-data med andre kosmologiske data for å få 69, 3 km / sek / Mpc (gi eller ta 0, 8 km / sek / Mpc), en 1% løsning som kombinerer ulike typer målinger. Etter å ha merket seg at uavhengige observasjoner gir konsistente resultater, er det rimelig å kombinere informasjon for å få det beste estimatet av parametere.Deler av denne siden ble tilpasset fra artikkelen» universets alder», D. N. Spergel, M. Bolte (Uc, Santa Cruz) og W. Freedman (Carnegie Observatories). Proc. Natl.Acad. Sci. Usa, Vol. 94, s. 6579-6584, juni 1997.

Videre Lesing:

• Mer Om Hubble-Konstanten Fra Space Telescope Science Instituteinkludert filmer.
• Freedman, Wendy L., «Ekspansjonshastigheten og Vitenskapen Om Universet», Scientific American, Nov. 1992.
• Osterbrock, D. E., Gwinn, J. a. & Brashear, R. S., «Hubble og Utvidelsesuniverse», Vitenskapelig Amerikansk, juli 1993.