POMIAR STAŁEJ HUBBLEA.pdf

LogodesignedbyArmellaLeung, www.armella.fr.to

Skądwiemy,żeWszechświatsięrozszerza?ZmierzsamstałąHubble'a!!!

JeanChristopheMauduit&PacômeDelva

UniversitéPierreetMarieCurie

Paryż,Francja

AgnieszkaPollo

InstytutProblemówJądrowychim.AndrzejaSołtana

OtwockŚwierk,Polska

PrzedstawiamyPaństwućwiczenie,dziękiktóremumożnaosobiścieprzekonaćsię,

żeWszechświatsięrozszerza.Zmierzymytuprędkości,zjakimiuciekająodnas

innegalaktyki,copozwolinamocenić,zjakąprędkościąrozszerzasięcały

Wszechświat.Topozwolinamwyznaczyć"własnymirękami"stałąHubble'a

jednązpodstawowychstałych,używanychprzezkosmologówdoopisuwłasności

Wszechświata.

Dopomiaruprędkościoddalaniasięgalaktykposłużąnamichwidmajakto

przedstawioneponiżej(zdjęcietypowejgalaktykispiralnejESO).

Instrukcjadoćwiczenia(pdf)

Pomiar staþej

Hubble'a

SalsaJ,programdoanalizydanych

ZdjęciagalaktykiNGC691

Widmagalaktyk

Programnauczania/Przedmioty:

Szkołaponadgimnazjalna

Szkołaponadgimnazjalna

Podstawaprogramowa:BudowaiewolucjaWszechświata

temat:Obserwacyjnepodstawykosmologii

Spistreści

Wstęp

RozszerzaniesięWszechświata

Pomiarprędkościucieczkigalaktyk

Pomiarodległościgalaktyk

PomiarstałejHubble'a

Naszegalaktyki

ObliczenieodległościNGC691

PomiarprędkościucieczkiNGC691

Pomiarprędkościucieczkiinnychgalaktyk

ObliczeniestałejHubble'a

Ściąganiezdjęćiwidm

Wstęp

RozszerzaniesięWszechświata

JeszczenapoczątkuXXwiekuwiększośćuczonychbyłaprzekonana,żeWszechświat

istniałzawszeizawszewyglądałpodobnie.Dopierow1929rokuEdwinHubble

zapoczątkowałpomiaryprędkościradialnych(czyliprędkościoddalaniasięalbo

zbliżaniadonas)galaktyk,któredoprowadziłydoniespodziewanegowniosku

większośćgalaktykoddalasięodnas.Tepomiarydałypoczątekteoriirozszerzającego

sięWszechświata.WedługniejnaszWszechświatnarodziłsię13,8mldlattemu

podczaszdarzenia,znanegojakoWielkiWybuch.Odtegoczasunieustanniesię

rozszerza.

Ucieczka,czylioddalaniesięgalaktyk,zaobserwowaneporazpierwszyprzezHubble'a,

jestwłaśnieprzejawemrozszerzaniasięWszechświata.Galaktykioddalająsięodnas(i

odsiebienawzajem)zprędkościamiproporcjonalnymidoichodległościodnas.

EkspansjęWszechświataopisujemyrównaniem:

v [km/s] = H 0 [km/s/Mpc] * D [Mpc]

gdziestałaHubble'aH 0 łączyprędkośćucieczkigalaktykviichodległośćDwyrażaną

wmegaparsekach(Mpc,przyczym1pc=3×10 16 m)

BłądwyznaczeniastałejHubble'adoniedawnabyłbardzodużyjeszczekilkanaścielat

temuprzyjmowano,żemieścisięonawgranicachod50do100km/s/Mpc.Z

najnowszychpomiarówwynika,żejejwartośćwynosiokoło70km/s/Mpc.Dokładne

najnowszychpomiarówwynika,żejejwartośćwynosiokoło70km/s/Mpc.Dokładne

wyznaczeniewartościstałejHubble'astanowiistotnyproblemnaukowy,ponieważta

właśniestałapozwalapowiązaćskaleczasowąiprzestrzennąweWszechświecie.Na

przykład(zakładającliniowąekspansjęWszechświata)zmianastałejHubble'az50na

100km/s/MpxodpowiadazmianiewiekuWszechświataz20na10mldlat.

Tematemponiższegozadaniajest(bardzoprzybliżony)pomiarwartościstałejHubble'a.

Pomiarprędkościucieczkigalaktyk

Światłobiałe(widzialne)składasięzwszystkichkolorówtęczy:tzw.widma.W

gwiazdachznajdująsiępierwiastki,któremajązdolnośćpochłanianiapewnych

kolorów.Naprzykładwapńpochłaniaświatłoodługościfali,odpowiadającejkolorowi

zielonemu.Tebrakującekolorytworząwwidmieźródłatzw.linieabsorpcyjne.

Wyobraźmysobieźródło,emitująceświatłooczęstotliwościf,iobserwatora,

znajdującegosięwnieruchomympunkcieO.Jeśliźródłopozostajenieruchome,do

obserwatorawysyłaneprzezźródłoświatłodocieraztąsamączęstotliwościąf.Alejeśli

źródłooddalasięodobserwaora,częstotliwośćdocierającegodońświatłajestmniejsza

odf.Jeśliźródłosięprzybliża,częstotliwośćobserwowanegoświatłabędziewiększaod

Takwięcwprzypadkuźródła,któreoddalasięiemituje

światłowidzialne,charakterystycznelinieznanego

pierwiastka(naprzykładwapnia)będąprzesuniętewrazz

całymwidmemwkierunkumniejszych(bardziej

czerwonych)częstotliwościwporównaniuzliniami

absorpcyjnymitegosamegopierwiastka,mierzonymina

Ziemi.Tenwłaśnieefektobserwujesięwprzypadku

olbrzymiejwiększościgalaktyk.Dziękitemumożna

bezpośredniozmierzyć"przesunięciekuczerwieni"czyli

"redshift",z,korzystajączewzoru:

1)z=(λ obs λ 0 )/λ 0

gdzieλjestdługościąfali,którajestzwiązanazczęstotliwościąfwzorem:λ=c/f,

przyczymcjestprędkościąświatła(c=3×10 8 m/s).λ obs jestdługościąfaliobserwowaną

wprzypadkudanejgalaktyki,aλ 0 to"prawdziwa"długośćfali,czylidługośćfali

mierzonanaZiemidlarozpatrywanegopierwiatstka.

Stądwyliczasięnastępnieprędkośćradialnągalaktyki:

2)v=c*z

Pomiarodległościgalaktyk

Odległościgalaktyk,D,możnamierzyćnaróżnesposoby.Tutajprzywołujemymetodę,

opartąnaobserwacjachsupernowych(wdalszejczęścitekstusupernoweoznaczać

będziemyskrótemSN).Ponieważgalaktykiniesąobiektamipunktowymi,tylko

widzimyjejakorozciągłe"plamy"naniebiedopomiaruwygodniejestwybraćjakieś

należącedonichjasneźródłapunktowe.SupernowetypuIamająjeszczeinnąbardzo

istotnązaletęponieważmechanizmichwybuchujestzawszetakisam,ich

maksymalnaosiąganajasnośćabsolutnajestrównieżidentyczna.Jasnośćabsolutna

typowejSNIawynosiL=(1,4±0,4)*10 36 Wattów(Allen'sAstrophysicalQuantities).

Imdalszajestsupernowa,tymmniejszajestjejobserwowanajasność:dziękitemu

możnawyznaczyćodległośćdoSNIa,porównującjejdocierającyodniejstrumień

promieniowaniazjejjasnościąabsolutną.Ściślejmówiąc,wodległościDodgwiazdy

wychodzącezniejpromieniowanierozkładasięnasferzeopromieniuDipowierzchni

S=4*π*D².ZdefinicjiobserwowanystrumieńpromieniowaniaE(mierzonywW/m²)

wodległościDwynosi:E=L/S,gdzieLjestjanościąmierzonąwW.Możnastąd

wywnioskować,jakajestodległośćDgalaktyki:

3)D=√(L/4πE)

PomiarstałejHubble'a

aszegalaktyki

Nazwygalaktyk

odległości(Mpc)

NGC34

84,0

NGC1808

14,2

NGC3511

15,8

NGC5427

37,4

NGC691

...

Wpowyższejtabelcepodajemydane,dotyczącegalaktyk,zktórymibędziemy

pracować.AbywyznaczyćstałąHubble'aH 0 musimyznaćodległośćDiprędkość

oddalaniasięvkażdejgalaktyki.

ObliczenieodległościdoGC691

W2005rokuzaobserwowanowybuchSNtypuIawgalaktyceNGC691.Otrzymała

onaoznaczenieSN2005W.Właśnietasupernowaposłużynamdozmierzeniaodległości

galaktykiNGC691.

1. OtwórzzdjęcieNGC691_przed_sn.fits,korzystajączprogramuSalsa.

Natymzdjęciu,zrobionymprzedpojawieniemsięsupernowej,zaznaczonojasną

gwiazdęAnalewoodgalaktyki.Chcemyzmierzyćjejobserwowanąjasność.

2. Otwórznarzędzie"Fotometria"zrozwijanegomenu"Analiza".Zaznaczna

zdjęciugwiazdęAigwiazdęodniesienia,pokazanenailustracjizapomocą

czerwonychstrzałek.Wastronomiiwszystkiepomiarysąwzględnejasność

danejgwiazdymierzonawdanejchwilizależybowiemodwieluczynników:

pogody,stanuteleskopuczysprawnościdetektora,któryrejestrujeobraz.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: