Hubblen laki

Wikipedia

Edwin Hubble osoitti vuonna 1929, että galaksit liikkuvat meistä poispäin niiden etäisyyteen suoraan verrannollisella nopeudella. Mitä kauempana galaksi on, sitä nopemmin se liikkuu poispäin. Tämä osoitti, että maailmankaikkeus laajenee. Myöhemmin selvisi, että keskimääräisesti galaksit ovat jakaantuneet joka puolella tasaisesti ja suunnasta riippumatta samalla tavalla. Hubble osoitti, että kaikkeus on homogeeninen ja isotrooppinen.

Hubblen havaitsema laajeneminen näkyy galaksin spektrissä näkyvien viivojen siirtymänä kohti punaista päätä (Dopplerin ilmiö). Tutkimuksen tuloksena on Hubblen lakina tunnettu kaava, jossa galaksin pakonopeus saadaan, kun Hubblen vakio kerrotaan galaksin etäisyydellä:

missä v on galaksin loittonemisnopeus (tavallisesti yksikkönä km/s), H₀ on Hubblen vakio, ja D on etäisyys galaksiin (yksikkönä megaparsek Mpc).

Vakion H₀ suuruus on ollut pitkään kiistanalainen. Nykyisin luotettavimpana pidetään vuoden 2003 WMAP satelliitin mittausten antamaa arvoa 71 ± 4 km/s/Mpc. Myös muut tästä riippumattomat mittausmenetelmät antavat vastaavia arvoja. Esimerkiksi Tullyn–Fisherin relaatiosta ja tyypin Ia supernovien purkauksista on saatu jo aikaisemmin arvo 72 ± 8 km/s/Mpc ja uusimpana, joskaan ei yhtä tarkkana Chandra satelliitin galaksijoukkojen kolmiomittauksesta laskettu 77 ± 12 km/s/Mpc [1]. Vaikka Chandran tulos ei olekaan yhtä tarkka kuin aikaisemmat, tämän tuloksen erityinen arvo on siinä, että sen tuottamiseen käytetty mittaustapa on täysin riippumaton mistään aikaisemmin käytetystä. Oikeastaan H₀ ei ole vakio, sillä sen arvo muuttuu hitaasti. Ammattitähtitieteilijät käyttävät usein nimitystä Hubblen parametri.

[muokkaa] Hubblen laki lähiavaruudessa

Pienillä etäisyyksillä, esimerkiksi lähimmissä galakseissa, Hubblen lain tuottama nopeus on niin pieni (Linnunradan keskuksen etäisyydelle noin 0.5 km/s) että sen havaitseminen on vaikeaa. Painovoiman tuottamat paikalliset nopeudenvaihtelut ovat paljon suurempia, luokkaa 100 km/s. Lisäksi lähellä toisiaan sijaistevien galaksien keskinäiset gravitaatiovuorovaikutukset ovat monin verroin suurempia kuin maailmankaikkeuden laajenemisen aiheuttama loitontava voima. Tästä syystä Hubblen laki on havaittavissa vain galaksijoukkojen välisten etäisyyksien yli.

[muokkaa] Hubblen aika

Hubblen lain löytäminen muutti ratkaisevasti käsitystä avaruuden synnystä, sillä vaikka maailmankaikkeuden laajenemisen mahdollisuus oli tunnettu teoreettisena ilmiönä siitä lähtien kun Einstein johti Einsteinin yhtälöt yleisen suhteellisuusteorian pohjalta, vasta Hubblen havainnot osoittivat maailmankaikkeuden todella laajenevan ja antoivat laajenemisnopeudelle fysikaalisen mitan. Hubblen lain muodosta seuraa välittömästi, että kaukana menneisyydessä avaruuden on täytynyt olla pienempi ja näin se toimii alkuräjähdyksen eli "Big bang"in todisteena. Eräs Hubblen vakion tärkeimmistä piirteistä liittyykin juuri maailmankaikkeuden ikään, sillä jos laajenemisnopeus oletetaan vakioksi, aika

ilmoittaa, milloin kaksi nyt etäisyydellä D olevaa kohdetta ovat olleet samassa pisteessä. Toisin sanoen Hubblen vakion käänteisluku ilmoittaa maailmankaikkeuden iän. Jos laajenemisnopeus ei ole vakio vaan se on hidastunut, kuten nykyään ajatellaan, tämä aika t_H, jota kutsutaan Hubblen ajaksi vastaa maailmankaikkeuden maksimi-ikää.