Hubble–Lemaître-törvény

Edwin Powell Hubble amerikai csillagász 1929-ben figyelte meg, hogy minél távolabb van tőlünk egy galaxis, annál nagyobb a vöröseltolódása, azaz annál nagyobb sebességgel látszik távolodni. A Hubble-törvény szerint a galaxisok távolodási sebessége (v) arányos a távolságukkal (r):

v=Hr

ahol H a Hubble-állandó. Értéke a Hubble űrtávcső 2009-es mérései szerint 74,2±3,6 km/s/Mpc.

Története

2001-re a Hubble-állandó értékét a Hubble nevét viselő űrtávcső mérései révén kb. 10% pontossággal sikerült megállapítani (72,0±8,0 km/s/Mpc). Ehhez a cefeida típusú pulzáló változócsillagok vizsgálatára volt szükség. A cefeidák pulzációs periódusa jól leírható módon függ a csillagok abszolút fényességétől - ez pedig a látszó fényesség ismeretében (megbecsülve a csillagközi fénygyengülés mértékét) lehetővé teszi a távolságbecslést.

1998-ban két amerikai kutatócsoport (a Perlmutter vezette Supernova Cosmology Project, illetve a Schmidt és Riess által vezetett High-z Supernova Search Team) kutatásai során kiderült, hogy távoli szupernóvák vizsgálatai alapján az Univerzum gyorsulva tágul, amit egy ismeretlen eredetű, a gravitációs vonzóerővel ellentétes hatású „erőhatás” létéhez kötöttek (ez a sötét energia). Ez azt is jelenti, hogy a Hubble-állandó értéke időben változik, s így nem tekinthető igazi konstansnak (a nagyon közeli illetve nagyon távoli galaxisok vizsgálatánál semmiképp) - ugyanakkor a kozmológiai modellek kiszámításánál továbbra is fontos paraméter maradt.

A mikrohullámú háttérsugárzás fluktuációit vizsgáló WMAP űrszonda eredményei szerint a H₀ = 70,8 km/s/Mpc, a hibahatár pedig 1,6 vagy 4,0 km/s/Mpc (attól függően, hogy síknak vagy görbültnek vesszük-e az Univerzum geometriáját). Ez már pontosabb eredmény, ugyanakkor modellfüggő.

Az A. Riess (STScI / Johns Hopkins University) vezette kutatócsoport 2009. május 7-én jelentette be egy pontosabb eredményt (Dr. Riess egyike volt azon kutatóknak, akik 11 évvel ezelőtt felfedték a gyorsuló tágulást). A kutatók ismét a Hubble űrtávcső képességeit vették igénybe, egy három lépcsős megfigyelési program során. A tudósok első lépésben ezúttal is cefeidák periódus-fényesség relációját használták fel (hét galaxis összesen 240 cefeida csillaga esetében) - azonban nem a látható fény, hanem a közeli infravörös sugárzás tartományában (az elmúlt években ugyanis kiderült, hogy utóbbi hullámhossztartományban kisebb hibafaktorokkal érvényes ez az összefüggés). A hét galaxis egyike, az NGC 4258 távolsága rádiócsillagászati mérések révén jól ismert, így megfelelő beállítási pontként szolgált. A további hat galaxisban pedig - a cefeidák mellett - Ia típusú szupernóvák is találhatóak, melyek szintén fontos objektumok az extragalaktikus távolságbecslések során. Második lépésként a kétféle távolságmérési eljárás eredményeit hasonlították össze az említett hat galaxis esetében.

Value of the Hubble Constant including measurement uncertainty above measurement method

Végül az Ia típusú szupernóvák újrakalibrált távolságbecslési metódusát használták fel távoli, szintén ilyen szupernóvákat tartalmazó galaxisok vizsgálatánál. Ezeket a szupernóvákat korábban ún. standard távolságmérési objektumokként tartották számon, mivel mindig azonos jellegű folyamat - egy kettős rendszerben lévő fehér törpecsillag adott tömeghatárnál történő összeomlása - hozza létre őket. Bár ez az elképzelés az utóbbi pár évben jóval árnyaltabb lett, megfelelően alapos kalibrációs lépések elvégzése árán az Ia-típusú szupernóvák továbbra is az egyik legjobb lehetőséget jelentik a távoli galaxisok távolságmérésére.

Riess és csoportja végül 74,2±3,6 km/s/Mpc-es értéket állapított meg a H₀-ra. Ez egyrészt 5 százalékos pontosságnál is jobb becslés, másrészt összhangban van a sötét energia létét feltételező, egyéb mérési eljárások során kapott számokkal. A hibahatárok szűkítése egyrészt annak köszönhető, hogy különböző objektumok távolságai alapján kalibrált módszert használtak, másrészt annak, hogy az összes mérést ugyanazon távcső ill. detektoregyüttes végezte. A kutatók következő célkitűzése, hogy egy százalék alá szorítsák a Hubble-állandó értékének bizonytalanságát - tovább pontosítva ez által a kozmológiai modelleket, valamint szűkítve a sötét energia magyarázataként szóba jöhető lehetőségek listáját.

A. Riess és munkatársai két cikkben mutatták be eredményeiket az Astrophysical Journal c. folyóiratban.

Eltérő magyarázatok

Ugyanakkor van olyan elmélet is, amely a Hubble törvényt a "klasszikus fizikával" - az általános árapály hatásaként* magyarázza. Ami azért érdekes, mert az égitestek és az univerzum forgási és keringési impulzusmomentumainak átrendeződésével a sötét anyagok (tömegek) feltételezése nélkül is megmagyarázható azok távolodása, vagy közeledése! Ebben az elméletben a Hubble állandó nem általános együttható, hanem különféle paraméterekből számítható, egyedi érték, amivel kis pontossága, eltérő értékei megmagyarázhatók. Az így megfogalmazott Hubble törvény pedig nem csak a távoli, hanem bármely égi objektumra (pld. a Föld-Hold relációra) is érvényes.

Külső hivatkozások

• Refined Hubble Constant Narrows Possible Explanations for Dark Energy (angol nyelven), 2009. május 7. (Hozzáférés: 2009. május 11.)
• Pontosították az Univerzum tágulását leíró Hubble-állandót, Szerző: Szalai Tamás, 2009. május 11.

Lásd még

• vöröseltolódás
• kozmológia