ハッブルの法則の定義、式、例、Redshift

エドウィン ハッブルの 1929 年の PNAS の記事は、科学史上最も有名な象徴的な論文の 1 つであり、銀河の距離と速度 (速度) の関係を観察しました。ハッブルの法則は、終わりのない宇宙の概念を明らかにし、私たちの宇宙の概念を根本的に変えました。それは観測宇宙論の研究を開始し、140 億年にわたって成長と変化を続け、多くの銀河、暗黒物質、宇宙波で構成されている驚くほど大きな宇宙を示しました。

ハッブルの法則と膨張する宇宙

わずか 90 年前、私たちの周りにある世界の大部分の存在について、私たちが無知だったことを理解することは不可能です。私たちの現在の観点からは、宇宙空間が数十億年前の最初の「ビッグバン」から膨張するにつれて、互いに遠ざかる数十億の銀河で構成された巨大な膨張宇宙の存在は非常に明白であるように思われる.それは古くから知られていたに違いない。そうではありません。宇宙に関する私たちの知識は、エドウィン ハッブルの画期的な 1929 年の PNAS 論文「銀河外星雲間の距離と角速度の相関関係」により、大きな変化を目の当たりにしました。

ハッブルの法則と膨張する宇宙は、科学の最大の発見の 1 つであり、ハッブルは観察による証拠を提供しました。ハッブルが実証したように、銀河は私たちからの距離に直接関係する速度 (速度) で私たちから遠ざかっています。したがって、遠く離れた銀河は近くの銀河よりも速い速度で地球から遠ざかっています。

近隣の銀河の推定速度対距離のハッブルの象徴的なグラフは、天文学の教科書の科学的ベンチマークになりました。銀河の速度 (v) と距離 (d) の間の線形関係を下のグラフに示します。

ハッブルの法則式

宇宙膨張のハッブルの法則式は次のように表すことができます:

v =Ho × d

どこで、

Ho =ハッブル定数 (km/s/Mpc で計算)

v =銀河の速度 (km/s で計算)

d =銀河の距離 (Mpc で計算)

ハッブルの法則式の例

例: NGC 55 銀河が地球から 2 メガパーセク離れている場合の速度を決定します。

まず、パーセクからキロメートルへの変換が必要な距離を計算する必要があります。パーセクは、光が 3.26 光年で移動する距離です。光が真空中を 1 秒間に移動する距離が 300,000,000 m である場合、その距離に 1 年の秒数 (31,556,926 秒) を掛け、さらに 3.26 を掛ける必要があります。

光の年間移動距離 =31,556,926 (3 x 108) =9.4671 x 1015m

パーセク距離 =3.086 x 1016m

NGC 55 銀河は 2 メガパーセク離れているため、パーセクあたりのパーセク距離を NGC 55 に掛ける必要があります。

NGC 55 (距離) =2 x 106(3.086 x 1016) =6.17 x 1022m

このデータをハッブルの法則の方程式に代入して、銀河の速度を計算できるようになりました。ただし、最初にハッブル定数をメートル/秒/メートルに変換する必要があります。

そして今、ハッブルの法則を適用します:

V =1.476 x 1011 m/秒

例: 一部のクラスターの速度は、v =103 km/s として測定されます。距離はどれくらいですか？ Ho =60km/s/Mpc と仮定します。

解決策:

v =103 km/s であることがわかっています。

60 km/s/Mpc =Ho

式は次のとおりです。

d =v/Ho

=(103 km/s/60 km/s/Mpc)

=16.7 Mpc

ハッブル定数の概要

ハッブル定数は、宇宙がどれだけ速く膨張しているかを表す測定単位です。 160 km/s は、100 万光年のハッブル定数 H です。

上記の式は、ハッブルの法則の概念を最もよく説明しています。これは、宇宙が常に膨張しており、膨張するナツメヤシのケーキのナツメヤシのように、銀河が単位距離あたり一定の速度で互いに遠ざかっていることを示唆しています。その結果、遠くにある物体は近くにある物体よりも速く動きます。

ハッブルの法則理論の起源

ハッブルの例外的な観測関係は、測定された速度と距離の両方にアクセスできる 24 の隣接する銀河を使用して発見されました。速度のほとんどは、著名な天文学者 Vesto Melvin Slipher による画期的な分光ドップラー シフト研究から得られました。

ハッブルは、これらの銀河までの距離を、以前は不正確に推定されていた星の目に見える明るさに基づいて、以前は可能であったよりもはるかに正確に決定しました。クラスターであり、天体の明るさに基づいて、それぞれ約 1,000 km/s の後退速度を持っています。

この手法は、恒星 (または銀河) の既知の固有の光度 (比較可能な適切に調整された周囲の物体から知られている) と、観測された目に見える明るさとを比較して、各エンティティまでの距離を決定します。遠くに配置すると、物は暗く見えます。ハッブル距離の推定値は、近くの銀河と遠くの銀河を区別するのに十分正確であり、研究者はこの驚くべき線形関係を見つけることができました.

24 の銀河のそれぞれをチャートに個別に表示することに加えて、ハッブルは、距離と方向が互いにどれだけ近いかに応じて、それらを 9 つのグループに分けました。大幅なばらつきを抑える効果的な手法でした。

ハッブルはまた、既知の速度 (Slipher 測定から) を持つ 22 の追加の銀河を使用しましたが、個々に決定された距離はありませんでした。ハッブルは 22 の銀河の速度を使用して、観測された平均明るさから平均距離を計算しました。この平均数は、残りの情報とよく比較できます。

ハッブルの法則 Redshift とは

赤方偏移とハッブルの法則は、天文学者にとって重要なトピックです。このフレーズは次のことを意味します。光の波長が拡張されると、光はスペクトルの赤色部分に向かって「シフト」したと認識されます。

光は波のような性質を持っているので、光源が動くとドップラーのようにずれます。 1929 年にエドウィン ハッブルが宇宙が膨張していることを観測して以来、他のほとんどの銀河が私たちから遠ざかっていることは知られていました。これらすべての銀河からの光は、「赤方偏移」、つまり拡張された (つまり、より赤い) 波長に偏移しています。

光は他のものに比べて速く移動するため (音の 100 万倍の速さ)、日常生活ではこの赤方偏移は見られません。

天体のハッブルの法則の赤方偏移は、遠方の銀河または天体のスペクトルを標準的な実験室のスペクトルと対比することによって迅速に決定できます。原子の放出と吸収線はよく知られている波長で観測できます。天文学者は、天文スペクトルでこれらの線の位置を監視することにより、後退するソースの赤方偏移を計算できます。

遠く離れた天体に見られる赤方偏移は、ドップラー効果によるものではなく、宇宙の膨張によるものです。

ハッブルの法則の重要性

ハッブルの発見の幅広い用途を簡単に紹介します。

ハッブルの法則の重要性は、銀河や天体の進化と特徴、宇宙全体の膨張、宇宙の性質など、いくつかのトピックに対する画期的な調査を可能にしたという事実にあります。さらに、科学者はハッブルの法則を使用して、銀河や天体までのハッブル距離を決定するという重要なタスクを実行できます。

ハッブル距離は、天体または銀河の推定速度を利用して、ハッブルの法則から導き出すことができます。これらの距離には、適度な特殊な運動成分も含まれており、実際の宇宙距離の典型です。したがって、これらの距離により、銀河の大規模な赤方偏移調査から得られた多くの天体と銀河の観測された赤方偏移速度を使用して、これらの天体の 3D 位置と分布を決定することが可能になります。

これらの研究により、銀河、空隙、およびフィラメントの広大なネットワーク間の顕著な接続性が発見されました。さらに、天文学者は定期的にハッブル距離を使用して、(比較的) 単純な分光学的赤方偏移測定から銀河の距離を計算しています。

これらの距離の決定は、初期宇宙からの銀河と天体の膨張を追跡することに責任があります。ハッブル定数の正確な測定により、宇宙の年齢を正確に計算することも可能になります。この年齢は、最も古い星 (天体) とよく一致します。

ハッブルの法則の限界

後退速度を測定した後、専門家はハッブルの方程式を使用して、検出された光がスペクトルの赤方偏移領域にシフトするときの地球から銀河までの距離を計算できます。以下は、さまざまな問題を引き起こすハッブルの法則の制限の一部です:

• 観測された速度は、銀河固有の運動の影響を受けます。
• 重力運動により、銀河は軌道上にあります。

結論

ハッブルの法則は、銀河が地球から遠ざかる速度がそれらの距離に直接関係しているというビッグバン宇宙論の調査です。したがって、銀河が地球から離れている場合、銀河はより速い速度で私たちから遠ざかります。さらに、銀河の赤方偏移 (スペクトルの赤端に向かって反射される光のシフト) を使用して、銀河の速度を計算します。

よくある質問

1.ハッブル定数とは何ですか?

答え 専門家によると、ハッブル定数は宇宙の膨張を説明するために使用される測定単位です。さらに、ハッブル定数 H は 100 万光年あたり 160 km/s です。

2.ハッブルの法則の赤方偏移の原理を説明してください。

答え ハッブルの法則の赤方偏移は、電磁放射が物体の波長を増加させる現象を説明するために使用されるフレーズです。青方偏移は、波長が短いためにエネルギーレベルが上昇する赤方偏移の反対でもあり、負の赤方偏移と呼ばれます。ハッブルの法則の赤方偏移の主な原因は次のとおりです。

• ドップラー効果とは、空間内の物体が互いに近づいたり離れたりする動きです。
• 宇宙に存在する強力な重力場が重力赤方偏移の原因です。
• 宇宙の赤方偏移は、位置を変えずにオブジェクトを互いに分離させる空間の増加です。

3.ハッブルの法則を説明してください。

答え。 宇宙論の原理によれば、宇宙で天体が離れて移動する速度は、天体間の距離に比例します。