Занятие 20. «Расширение Вселенной. Закон Хаббла»

Закон Хаббла – важный инструмент астрофизиков. Его используют для оценки расстояний до далеких Галактик, измеряя смещение спектральных линий в их спектре. А также, с его помощью интерпретируют эволюцию Вселенной.

Итак, в начале прошлого века астроном Весто Слайфер сделал замечательное открытие: он определил, что спектральные линии галактик смещены в красную сторону спектра. Если это красное смещение связано со скоростью, то оно указывает, что галактики удаляются от Млечного Пути. Через 15 лет Эдвин Хаббл сделал еще одно открытие. Он сумел оценить расстояния до галактик и увидел, что чем дальше галактика, тем больше ее красное смещение. Зависимость красного смещения галактики от расстояния до нее и есть закон Хаббла. Надо отметить, что в то время ученые не имели надежного способа измерять расстояния до галактик. В основе используемого Хабблом метода лежала приближенная зависимость размеров и яркости галактик от расстояния. В действительности, галактики отличаются по размеру и светимости. Поэтому Хаббл недооценил расстояния до некоторых из объектов почти в 10 раз. Сейчас красные смещения спектральных линий можно измерять с точностью порядка одного процента, а расстояния до близких галактик с помощью фотометрических методов с точностью 10 - 20 процентов.

Из закона Хаббла следует, что расстояния между галактиками в расширяющейся Вселенной нарастают со временем. Можно ввести некоторую сопутствующую систему отсчета, в которой координаты галактик не меняются со временем. То есть относительно этой системы отсчета они “неподвижны”. Они как бы нанесены на карту, в которой изменяется только масштаб, а координаты остаются неизменными. Реальные расстояния раздуваются или сжимаются пропорционально переменному масштабу. Космологи говорят, что реальные расстояния пропорциональны так называемому масштабному фактору. Этот фактор и меняется со временем. Сегодня мы считаем, что в нашей Вселенной он растет.

Строго говоря, по современным данным лучше считать “неподвижными” точками в сопутствующих координатах не галактики, а центры масс скоплений галактик. Так как сами галактики могут двигаться друг относительно друга внутри скоплений с довольно большими скоростями - порядка 1000 километров в секунду. Такие скорости аналогичны тепловым скоростям молекул в нагретом газе.

Закон Хаббла является одним из основных наблюдаемых фактов в космологии. С его помощью можно примерно оценить время расширения Вселенной. Величина, обратная постоянной Хаббла в уравнении, имеет размерность времени и называется Хаббловский возраст Вселенной.

Эта величина с точностью до численного множителя порядка единицы соответствует возрасту Вселенной, рассчитываемому по стандартной космологической модели Фридмана. То есть примерно 13,5 млрд лет.

Домашнее задание
с помощью Стеллариума
1. Получить закон Хаббла для объектов далекого космоса,: М 101, М 104, М 108, М 51, М100, М 109, NGC 1387, NGC 5966, NGC 2540, NGC 6166.
2. Получить з. Хаббла для объектов каталога Мессье. Он приведен, например, в Википедии, с фото всех галактик.

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%...