Hubble–Lemaître-törvény: definíció — az Univerzum tágulása és a Hubble‑állandó

Ismerd meg a Hubble–Lemaître-törvényt: az Univerzum tágulásának magyarázata, a Hubble‑állandó jelentése, mérési módszerek és a felfedezés története.

A Hubble‑törvény (gyakran Hubble–Lemaître‑törvény néven is említik) annak a megfigyelésnek az összefoglaló elnevezése, hogy a távoli galaxisok spektruma eltolódik, és ez az eltolódás összefügg a galaxis Földtől (illetve egymástól mért) távolságával. Röviden:

1. Minden, a mélyűrben megfigyelt objektumnak van Doppler-eltolódása - a Földhöz és egymáshoz viszonyított sebességét mérve;
2. A Földtől távolodó galaxisok Doppler-eltolódás által mért sebessége arányos a Földtől és minden más csillagközi testtől való távolságukkal.

Mi a Hubble–Lemaître‑törvény pontosan?

Gyakori, egyszerűsített alakban a törvényt a v = H0D egyenlettel adják meg, ahol:

• v a galaxis recessziós (távolodási) sebessége, melyet a spektrális vonalak eltolódásából mérnek;
• D a galaxis "saját távolsága" (a kozmológiában különböző távolságfogalmak léteznek — lásd A saját távolság használata);
• H0 a Hubble‑állandó, amely a jelenbeli arányossági tényező a sebesség és a távolság között.

A H0-t általában (km/s)/Mpc egységben adják meg: ez azt mondja meg, hogy egy 1 megaparszek (≈3,09×10¹⁹ km) távolságra lévő tárgy milyen sebességgel távolodik tőlünk km/s-ban. A H0 reciproka közelítőleg a Hubble‑időt adja, ami az Univerzum korának jellegzetes méretével kapcsolatos becslésre használható (pl. H0 ≈ 70 (km/s)/Mpc esetén 1/H0 ≈ 14 milliárd év nagyságrendű).

Fizikai magyarázat és korlátok

A Hubble‑törvény nem egyszerűen "összeütközési Doppler‑hatás" jelensége: a mai kozmológiai értelmezés szerint az egész világegyetem tér‑ideje tágul, amit a Friedman–Lemaître–Robertson–Walker (FLRW) metrika ír le. Ebből következik, hogy a tér minden irányban — nagy léptékben — kitágul, és a galaxisok látszólagos távolodása a tér tágulásának következménye. Az egyszerű v = H0 D egyenlet csak kis vöröseltolódás (kis z) esetén pontos; nagy távolságoknál a kapcsolat nemlineáris, és a vöröseltolódás kezelése kozmológiai vöröseltolódásként történik, ami különbözik a puszta speciális relativisztikus Doppler‑eltolódástól.

Történeti megjegyzés

Bár a törvényt sokáig Edwin Hubble nevéhez kötötték, a kapcsolatot elsőként Georges Lemaître vezette le az általános relativitáselmélet egyenleteiből 1927‑ben, és ő adott először értékbecslést a tágulás sebességére (a mai értelemben vett Hubble‑állandóra). Később, 1929 körül Edwin Hubble új megfigyelésekkel megerősítette a jelenséget, és pontosabb értéket adott meg. A spektrális eltolódások korábbi méréseiben jelentős szerepe volt Vesto Sliphernek is (1917). A névválasztásról viták folytak; 2018‑ban az IAU formálisan javasolta a Hubble–Lemaître elnevezést.

Mérések és a Hubble‑állandó értéke

A Hubble‑állandó pontos értékének meghatározása alapvető feladat a kozmológiában, de különböző módszerek eltérő eredményeket adnak. A helyi Univerzumban végzett "távolságlétra" módszerek (cepheidek, Ia típusú szupernóvák stb.) általában nagyobb H0‑értéket adnak, míg a korai Univerzum megfigyeléseiből (például a Hubble Űrteleszkóp és más eszközök adatai, illetve a kozmikus mikrohullámú háttér visszhangja alapján) származó modellezések kisebb értéket mutatnak.

• 2011‑es HST‑alapú becslés: H0 = 73,8 ± 2,4 (km/s)/Mpc (az Ön szövegében már szerepel).
• Egyes klaszteralapú módszerek korábban H0 = 67,0 ± 3,2 (km/s)/Mpc körüli értékeket adtak.
• Modern nagy precizitású mérések: a Planck műhold (a korai Univerzum vizsgálatából) értékei ≈ 67–68 (km/s)/Mpc körül vannak, míg a legfrissebb helyi mérési eredmények (például a SH0ES együttműködés) ≈ 73–74 (km/s)/Mpc körüli értéket adnak. Ez a különbség a kozmológiai közösségben az ún. "Hubble‑feszültség" (H0‑tension) néven ismert problémához vezetett — a kétféle mérési eljárás eredményei közötti szignifikáns eltérés ma sem teljesen megoldott.

A különböző módszerekkel kapott, jellemzően 66–74 (km/s)/Mpc közötti értékek arra utalnak, hogy a mérések pontossága jelentősen javult, de az értékek közötti eltérések fizikai következményekkel járhatnak: új fizikai jelenségekre, méréstechnikai vagy rendszeres hibákra, vagy a kozmológiai modell finomításának szükségességére utalhatnak.

Fontos fogalmak és kiegészítések

• Hubble‑paraméter vs. Hubble‑állandó: az Univerzum történetében a tágulás üteme változik; a Hubble‑paraméter H(t) időfüggő, míg a H0 kifejezetten a jelenlegi korszakra vonatkozó érték.
• Vöröseltolódás (redshift): a megfigyelt spektrális vonalak eltolódását mérjük. Ezt gyakran "Doppler‑eltolódásnak" nevezik, de kozmológiai léptékben a vöröseltolódás fő oka a tér tágulása (kozmológiai vöröseltolódás), amelynél a foton hullámhossza a táguló térrel együtt nyúlik.
• Korlátok: a v = H0 D összefüggés csak kis vöröseltolódásnál (kis távolságoknál) ad jó közelítést. Nagy z‑eknél a távolságok és a sebesség fogalma kozmológiai értelemben bonyolultabb, és a relációkat a Friedmann‑egyenletek és a skálafaktor a(t) alapján kell kezelni.
• Hubble‑idő és Hubble‑hossz: 1/H0 egy időskála (Hubble‑idő), H0/c pedig egy hosszskála reciprocitása (Hubble‑hossz), melyek a kozmológiai méretek jelzésére szolgálnak.

Összefoglalva: a Hubble–Lemaître‑törvény az Univerzum tágulásának legközvetlenebb megfigyelési bizonyítéka, amelynek leírása és a H0 pontos értéke alapvető szerepet játszik a modern kozmológiában. A mérések pontossága jelentősen javult az elmúlt évtizedekben, de a különböző módszerekkel kapott eltérő eredmények (a H0‑feszültség) ma is aktív kutatási terület.

Kérdések és válaszok

K: Mi a Hubble-törvény?

K: Ki vezette le először ezt a törvényt?

K: Ki erősítette meg a törvény létezését?

K: Hogyan mérték a recessziós sebességet?

K: Milyen egyenlet fejezi ki ezt a törvényt?

K: Milyen mértékegységben szokták megadni a H0 értékét?

Keresés betűvel