Hubblen laki

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun

Hubblen laki on kosmologiassa Edwin Hubblen havaitsema suora verrannollisuus kohteen ja havaitsijan välisen etäisyyden ja näiden välisen etääntymisnopeuden välillä.

Edwin Hubble havaitsi vuonna 1929, että galaksien spektrissä näkyvät spektriviivat ovat punasiirtyneet. Lisäksi hän huomasi että punasiirtymä on verrannollinen galaksin etäisyyteen - mitä kauempana galaksi on, sitä suurempi sen punasiirtymä. Klassisen mekaniikan pohjalta tulkittuna tämä tarkoittaisi sitä että galaksit liikkuvat meistä poispäin niiden etäisyyteen suoraan verrannollisella nopeudella. Tästä seuraisi, että maapallo on maailmankaikkeuden keskus, josta kaikki muut kohteet liikkuvat poispäin. Hubblen havainnot voidaan ymmärtää käyttäen yleistä suhteellisuusteoriaa, jolloin punasiirtymä on seurausta avaruuden laajenemisesta. Tällöin maapallon ei tarvitse olla erityisessä asemassa, vaan punasiirtymistä tehdyt havainnot näyttävät samanlaisilta kaikkialla.

Tutkimuksen tuloksena on Hubblen lakina tunnettu kaava, jossa galaksin nopeus saadaan, kun Hubblen vakio kerrotaan galaksin etäisyydellä:

v = H_0 D\,[1]

missä v on galaksin loittonemisnopeus (tavallisesti yksikkönä km/s) ja D on etäisyys galaksiin (yksikkönä megaparsek Mpc). Näiden välistä suhdetta kuvaava luku H_0 tunnetaan nimellä Hubblen vakio.[1]

Vakion H_0 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-avaruusteleskoopin galaksijoukkojen kolmiomittauksesta laskettu 77 ± 12 km/s/Mpc[2]. 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.

Hubblen laki lähiavaruudessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pienillä etäisyyksillä Hubblen lain tuottama nopeus on niin pieni että sen havaitseminen on vaikeaa. Esimerkiksi Andromedan galaksin etäisyys on noin 800kpc joten Hubblen lain mukaan se loittonisi meistä 50 km/s nopeudella. Painovoiman tuottamat paikalliset nopeudenvaihtelut ovat suurempia, luokkaa 100 km/s. Lisäksi lähellä toisiaan sijaitsevien galaksien keskinäiset gravitaatiovuorovaikutukset ovat monin verroin suurempia kuin maailmankaikkeuden laajenemisen aiheuttama loitontava voima. Todellisuudessa Andromeda lähestyy linnunrataa nopeudella 140 km/s. Tästä syystä Hubblen laki on havaittavissa vain galaksijoukkojen välisten etäisyyksien yli, ja tällöinkin sen mittaamiseen tarvitaan valtava joukko galakseja, jotta satunnaisten liikkeiden vaikutus voidaan tilastollisesti eliminoida.

Hubblen aika[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Hubblen lain löytäminen muutti ratkaisevasti käsitystä avaruuden synnystä, sillä vaikka jo aikaisemmin Aleksandr Fridman[3] ja Georges Lemaître[4] olivat yleisen suhteellisuus­teorian perusteella väittäneet maailman­kaikkeuden laajenevan, vasta Hubblen havainnot osoittivat niin todella tapahtuvan. Eräs Hubblen vakion tärkeimmistä piirteistä liittyykin juuri maailmankaikkeuden ikään. Olettaen että Hubblen laki pätee kaikilla punasiirtymän arvoilla, aika

t_H = \frac{D}{v} = \frac{1}{H}

ilmoittaa, milloin kaksi nyt etäisyydellä D olevaa kohdetta ovat olleet samassa pisteessä. Toisin sanoen Hubblen vakion käänteisluku ilmoittaa maailmankaikkeuden iän.[1].

Todellisuudessa Hubblen laki pätee vain etäisyyksillä jotka ovat näkyvää maailmankaikkeutta paljon pienempiä. Tarkempi lasku antaa tulokseksi

 t = \alpha \frac{1}{H}

missä  \alpha on maailmankaikkeuden ainesisällöstä riippuva vakio. WMAP-satelliitin mittausten mukaan  \alpha \approx 0.99 [5].

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  • Simon Singh: Big Bang, maailmankaikkeuden synty. Suom. Veli-Pekka Ketola. Tammi, 2004. ISBN 978-951-31-3360-3.

Viitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]