Starost univerzuma

Starost univerzuma
poslato: Jun 19, 2013, 08:12:43 posle podne
Starost univerzuma
U novoj kolumni Igora Jošića saznajte kako se određuje starost univerzuma, ali pomoću mera za daljinu.

U prethodnih par nedelja imali ste prilike da na ovom sajtu pročitate nešto o velikom prasku. Videli ste da je veliki prasak otkriven kada je Edvin Habl zapazio da se galaksije udaljavaju jedne od drugih u svim pravcima, i da je brzina tog udaljavanja proporcionalna međusobnoj udaljenosti galaksija. Drugim rečima, što su dve galaksije dalje jedna od druge to se one jedna od druge udaljavaju većom brzinom (ako vam je ovo zbunjujuće setite se analogije sa tačkama na površini balona iz ovog članka.

Ovo se matematički može prikazati na ovaj način:



V je brzina, D je udaljenosti, H0 je Hablova konstanta, koja predstavlja stopu širenja univerzuma i ona nam kazuje koliko kilometra se milion parseka (3 260 000 svetlosnih) dubokog svemira proširi za jednu sekundu. To znači da kada bi stopa širenja univerzuma bila, recimo 50km/Mpc*S, 3 260 000 svetlosnih godina bi se proširilo za 50 kilometara svake sekunde. Prema tome ako bi prečnik univerzuma bio 10 000 mega-parseka, prečnik univerzuma bi se svake sekunde proširio za, 10 000 * 50 = 500 000 kilometara.
Ok, a kakve sve to veze ima sa starošću univerzuma?

Pa zamislite sledeću situaciju. Vozite se kolima konstantnom brzinom od 50 kilometara na sat i pređete udaljenost od 100km-a, na koji način bi ste odredili koliko dugo putujete, bez da gledate na sat, naravno. Pa prosto, podelili bi ste pređeni put sa brzinom i dobili bi ste rezultat od dva sata. Dakle ako bi smo znali udaljenost neke daleke galaksije od nas (bitno je da ta galaksija bude veoma daleko, van našeg galaktičkog jata, zbog toga što unutar našeg galaktičkog jata gravitacija između galaksija nadjačava širenje univerzuma, i dobili bi loš rezultat), i ako bi smo znali kojom brzinom se ona od nas udaljava, mogli bi smo, poput gornje situacije sa automobilom, deljenjem pređenog puta (u ovom slučaju udaljenost između ove dve galaksije) sa brzinom da izračunamo pre koliko godina je to udaljavanje krenulo, tj. pre koliko godina je univerzum krenuo da se širi. Dakle potreban nam je odnos D kroz v. Iz gornje jednačine vidimo da je H0 = v/D, tj.



Drugim rečima, da bi odredili starost univerzuma potrebno je da odredimo stopu širenja univerzuma, tj. Hablovu konstantu i potom da uzmemo njenu recipročnu vrednost. Jedna napomena, ovo važi za slučaj da se stopa širenja univerzuma nije menjala od velikog praska do danas. Ukoliko se vrednost Hablove konstante menjala, a menjala se, rezultat bi morao da se koriguje. Ali o tome malo kasnije, ajmo prvo da vidimo na koji način se može odrediti sadašnja vrednost Hablove konstante, a posle ćemo videti da li je korekcija tako dobijenog rezultata potrebna, i na koji način bi ona trebala da se odradi. Kako odrediti sadašnju vrednost ove konstante? Pa prosto, sledimo gornju formulu, prvo uz pomoć spektroskopskih metoda merenjem crvenog pomaka se odredi brzina udaljavanja neke daleke galaksije, potom se odredi njena udaljenost, pa se brzina njenog udaljavanja od naše galaksije podeli sa njenom udaljenošću od naše galaksije. Nezgodan deo ovde leži u određivanju udaljenosti galaksije.

Jedan od načina za merenje udaljenosti u svemiru je pomoću metode paralakse. Na čemu se zasniva metoda paralakse? Uzmite i ispružite ruku, sa jednim podignutim prstom, ispred sebe. Zažmurite na jedno oko, posmatrajte taj prst kroz drugo oko, i zapazite gde se on nalazi u odnosu na neki drugi udaljeniji objekat, npr. vrata sobe ili bilo šta što je barem dva metra udaljeno od vas. E sad zatvorite ovo otvoreno oko i otvorite ovo drugo, i nastavite da gledate u prst. Videćete da je prst promenio svoju poziciju u odnosu na vrata, ili koji god to objekat bio u odnosu na koji ste posmatrali prst. Ova pojava se naziva paralaksa.



Uzmite sada uradite isto to, samo ovog puta nemojte skroz da ispružite ruku, već samo do pola. Videćete da se ovog puta prst mnogo više pomera u odnosu na pozadinu kada ga posmatrate prvo kroz jedno oko, pa zatim kroz drugo. Zapažate, dakle, da pomeraj prsta kada se posmatra prvo kroz jedno oko, a potom kroz drugo, zavisi od njegove udaljenosti od vas, što je udaljenost ruke, tj prsta, veća to je pomeraj prsta u odnosu na pozadinu manji i obrnuto. Kada bi ste znali koliko tačno taj pomeraj iznosi, mogli bi ste uz malu pomoć trigonometrije da izračunate koliko je prst udaljen od vas. Geometri, recimo redovno koriste ovu metodu kada određuju udaljenost nekog objekta. Ista ova metoda može da se primeni i na zvezde. Dakle prvo se uzme i odredi položaj jedne zvezde u odnosu na dalje pozadinske zvezde, pa se potom nakon šest meseci posmatra ista ta zvezda i odredi se koliki je njen pomeraj u odnosu na pozadinske zvezde. To je upravo ilustrovano u ovoj animaciji. Vidite kako se crvena tačka, koja predstavlja posmatranu blisku zvezdu pomera u odnosu na pozadinske zvezde kada se posmatra sa različitih lokacija sa Zemljine orbite oko Sunca. Na gornjoj animacije je efekat pomeranja, demonstracije radi, preuveličan. U stvarnosti je on mnogo manji, nevidljiv golim okom (pogledajte napomenu 1. na dnu teksta). Potrebni su veoma osetljivi instrumenti da bi se on registrovao. Ali su čak i najosetljiviji instrumenti ograničeni na nama bliske zvezde, jer je kod udaljenih zvezda ovaj efekat čak ni oni nisu u stanju da registruju. Zbog toga se za određivanje udaljenosti daljih zvezda koristi druga metoda, koja koristi metodu paralakse za kalibraciju, ali o tome više u narednom nastavku, u isto vreme na istom mestu.

Napomena 1: Udaljenost na kojoj taj pomeraj iznosi jednu lučnu sekundu (nebo se, za potrebe merenja, poput kruga deli na stepene, pa tako prostor na nebu između dva suprotna horizonta, severnog i južnog recimo, iznosi 180 stepeni, između horizonta i tačke koja se nalazi tačno iznad vaše glave ima 90 stepeni, pun mesec zauzima pola stepena. Jedan stepen ima 60 lučnih minuta, jedan lučni minut ima 60 lučnih sekundi, tj pun Mesec zauzima prostor na nebu koji iznosi 1800 lučnih sekundi. Lučna sekunda je dakle izuzetno mala vrednost) naziva se parsek, i on iznosi 3,26 svetlosnih godina. Nama najbliža zvezda je udaljena od nas 4, 24 svetlosne godine. Dakle prilikom merenja udaljenosti zvezda govorimo o izuzetno malim pomerajima, znatno manjim od jedne lučne sekunde.

Clanak preuzet sa :http://www.photontide.org/