Wirtualne laboratorium/Fizyka/Astrofizyka/Przyspieszające rozszerzanie Wszechświata
Nobel 2011 — Perlmutter, Schmidt, Riess

Przyspieszające rozszerzanie Wszechświata

Rozszerzenie tematu prawa Hubble’a. Odległe supernowe typu Ia (świece standardowe) są słabsze, niż wynikałoby ze stałego tempa rozszerzania — Wszechświat rozszerza się coraz szybciej, napędzany ciemną energią (Nobel 2011).

Przyspieszające rozszerzanie Wszechświata
Fizyka · Astrofizyka · Przyspieszające rozszerzanie Wszechświata (FIZ.ASTRO.PP.11)
Odległość supernowej dd400 Mpc
Odległe supernowe Ia świecą słabiej, niż wynikałoby ze stałego tempa — rozszerzanie Wszechświata:
odległość d
400 Mpc
v Hubble'a
28 000 km/s
v obserw.
29 493 km/s
odchylenie Δv
1 493 km/s
🎯 Wyzwanie: zmierzono odchylenie Δv\Delta v — jak daleko ta supernowa?

Co się właśnie stało?

Supernowe typu Ia to „świece standardowe" — wybuchają zawsze z niemal tą samą jasnością absolutną, więc z ich jasności obserwowanej odczytujemy odległość. Najdalsze okazały się słabsze, niż przewiduje stałe tempo rozszerzania — czyli są dalej, niż powinny.

Prawo Hubble'a:

v=H0⋅dv = H_0 \cdot d

— prędkość ucieczki galaktyki rośnie proporcjonalnie do odległości. H0≈70 km/s/MpcH_0 \approx 70\ \mathrm{km/s/Mpc} to stała Hubble'a. Na wykresie v(d)v(d) daje to linię prostą.

Dlaczego to dowód na przyspieszanie?

Punkty najdalszych supernowych odchylają się w górę od linii Hubble'a, a odchylenie rośnie z odległością:

Δv=vobs−H0d    rosˊnie z d  ⇒  a¨>0\Delta v = v_\text{obs} - H_0 d \;\; \text{rośnie z } d \;\Rightarrow\; \ddot a > 0

Współczynnik skali a(t)a(t) rośnie coraz szybciej (a¨>0\ddot a > 0) — rozszerzanie przyspiesza. Za tę obserwację (SN Ia) przyznano Nagrodę Nobla 2011; napędza ją ciemna energia.

Po co Ci to na maturze:

Prawo Hubble'a v=H0dv = H_0 d plus idea świec standardowych rozwiązują zadania o rozszerzaniu Wszechświata i wyznaczaniu odległości. Chwyt: linia prosta = stałe tempo; odchylenie punktów w górę = przyspieszanie.

Zapamiętaj: odległe supernowe Ia leżą powyżej linii Hubble'a, a im dalej, tym większe odchylenie — dlatego wiemy, że rozszerzanie Wszechświata przyspiesza (ciemna energia).

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Świece standardowe

Supernowe typu Ia mają znaną jasność absolutną, więc z jasności obserwowanej I=L/(4πd2)I=L/(4\pi d^2) wyznaczamy ich odległość dd.

Odchylenie od prawa Hubble'a

Odległe supernowe są ciemniejsze (dalej), niż przewidywałoby stałe tempo v=H0dv=H_0 d. Wniosek: rozszerzanie przyspiesza.

Ciemna energia

Przyspieszenie napędza nieznana ciemna energia (~68% zawartości Wszechświata). Odkrycie: Nobel 2011.

Oznaczenia: II — jasność obserwowana, LL — jasność absolutna, dd — odległość, vv — prędkość ucieczki, H0H_0 — stała Hubble'a.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Skąd wiadomo, że rozszerzanie przyspiesza?

Odległe supernowe Ia są ciemniejsze (dalej), niż przewiduje stałe tempo — odchylenie od prawa Hubble’a rośnie z odległością.

›

Co to ciemna energia?

Nieznana forma energii napędzająca przyspieszone rozszerzanie Wszechświata (~68% jego zawartości).

›

Czemu supernowe Ia to „świece standardowe"?

Mają znaną, powtarzalną jasność, więc z ich obserwowanej jasności można wyznaczyć odległość.

Teoria (klasa): FIZ.2.2.4 → Lekcja maturalna: FIZ.M.3.1 →

Powiązane eksperymenty

Prawo Hubble’a — rozszerzanie Wszechświata →Promieniowanie tła (CMB) — echo Wielkiego Wybuchu →Efekt Dopplera — przesunięcie ku czerwieni →Relatywistyczny efekt Dopplera (redshift) →