באדיבות וויקיפדיה
היחס של האבל מבטא כיצד מהירות ההתפשטות היקום עולה עם הגידול במרחק מהצופה. השיפוע של הגרף, שהוא היחס בין המהירות למרחק, נקרא קבוע האבל. קבוע האבל, מסומן באמצעות H0, והוא מודד את קצב ההתפשטות, הוא גם מציין את הגודל ואת הגיל של היקום. זהו אחד הגדלים החשובים ביותר באסטרונומיה.
כיצד מעריכים האסטרונומים את קבוע האבל? זוהי משימה מחקרית קשה מאוד. מדידת ההיסט לאדום לגלקסיה היא החלק הקל. החלק הקשה הוא מדידת המרחקים. על האסטרונומים להימנע מגלקסיות הקרובות מדי אל שביל החלב משום שהן קשורות זו לזו באמצעות כוח הכבידה ואינן משתתפות בהתפשטות הכללית. הם גם חייבים להימנע מגלקסיות במקומות אחרים בחלל, שקשורות בקבוצה או בצביר, משום שכולן נמצאות באותו מרחק בערך. פרט לשתי הסתייגויות אלה אין זה משנה כיצד נבחרות הגלקסיות. מאחר שההתפשטות היא איזוטרופית, יש למדוד אותו יחס של האבל בכל כיוון בשמים. לאחר שנמדדו ההיסט לאדום והמרחק של גלקסיה, כל גלקסיה יכולה להתוות נקודה בגרף של האבל. השיפוע של הקו שנותן את ההתאמה הטובה ביותר לנתונים הוא קבוע האבל.
יש לכייל במדויק את כל השיטות של קביעת מרחקים קטנים. כיול זה קובע את הנגיהות של כל סמן מרחק חדש – כל אי-הוודאות של קבוע האבל נובעת מהליך זה. לאחר הכיול, קל יחסית לחשב מרחקים באמצעות חוק ההופכי של ריבוע המרחק. אתה יכול להבין את כיול המרחק על ידי אנלוגיה מניסיון יומיומי. נניח שאתה מודד מרחקים סביב הבית שלך באמצעות סרט מדידה. הדיוק של כל המדידות שלך יהיה תלוי במידת הדיוק של כל ס"מ בסרט המדידה, או רמת הכיול, שנעשתה במפעל בו יוצר סרט המדידה. דוגמא נוספת, נניח שאתה מנסה למדוד את המרחק בין שתי ערים באמצעות מד מרחק במכוניתך. הדיוק במדידה שלך תלוי במידת הדיוק שבה נמדד ההיקף הגלגל של מכוניתך, כאשר הכויל בוצע במפעל, תפקיד מד מרחק הוא למעשה למנות את מספר סיבובי הגלגל. כך גם באסטרונומיה, היסוד של כל מדידות המרחק האסטרונומי היא הפארלקסה. הטריגונומטריה הבסיסית שימשה למדידת המרחקים לכוכבים רבים בסביבות השמש; הכיול של כל מחווני המרחק האחרים תלוי במידע זה.
התמונה מטלסקופ החלל שפיצר של נאס"א מראה את ענן מגלן הגדול, גלקסית לווין לגלקסיית שביל החלב שלנו. התמונה האינפרה-אדום, פסיפס של יותר מ -100 אלף אריחים בודדים, מציעה לאסטרונומים הזדמנות ייחודית ללמוד את מחזור החיים של כוכבים ואבק בגלקסיה אחת. כמעט 1 מיליון גופים הנחשפים לראשונה בתצוגה זו של שפיצר,
באדיבות NASA
ישנן מספר אבני דרך מכריעות בסולם המרחקים הבין-גלקטיים. האחד הוא ענן מגלן הגדול LMC, בעל מרחק גיאומטרי מדויק בעקבות המדידות של מעטפת האבק שיצרה סופרנובה 1987A. גלקסית LMC מכילה גם "גן החיות של כוכבים" מספיק גדול המאפשר כיול באמצעות סמני מרחק נדירים כגון משתנים Cepheid ו- RR Lyrae. אמת מידה נוספת היא צביר הבתולה, הנמצא במרחק של כ- 15Mpc. צביר הבתולה קרוב מספיק כך שניתן לאתר בתוכו משתנים Cepheid באמצעות טלסקופ החלל האבל. מאחר שצביר הבתולה מכיל גלקסיות ספירליות ואליפטיות, אסטרונומים יכולים לכייל את יחסי טולי-פישר ופאבר-ג'קסון לצורך מדידת מרחקים גדולים עוד יותר. ניתן להשתמש בעקומת האור של סופרנובה כדי למדוד מרחקים שגודלם עולה מאות מגה-פארסק. כל גלקסיה שיש בה גם סופרנובה וגם משתנים קפאידים יכולה לשמש לכיול סופרנובות כסמני מרחק.
אסטרונומים עדיין לא הגיעו לקונצנזוס לגבי הערך של קבוע האבל. לסולם המרחקים ביקום יש היסטוריה ארוכה של מחלוקות וטעויות שיטתיות בלתי מזוהות. המידות הראשונות של האבל הניבו שיפוע תלול מאוד והערך כך שקבוע האבל היה גבוה עד כדי H0 = 540 km/s/Mpc. ערך גבוה זה היה, מדאיג משום שהוא רמז להתפשטות כה מהירה, שלו היה נכון, היקום היה צריך להיות צעיר יותר מהגיל של כדור הארץ! מתברר שהאבל השתמש בכיול שגוי של נגיהות הקפאיד. במהלך מאמץ תצפיתי עצום שהחל באמצע שנות השבעים, תוך שימוש בזמן תצפית של טלסקופים גדולים לאורך מאות לילות, צמצמו ערכי קבוע האבל בין 50 ל- 100 km/s/Mpc.
באדיבות NASA
מהיכן נובעת אי-ודאות עד כדי 100%? סיבה אחת היא האבק הבין הגלקטי. כאשר אנו מביטים אל הגלקסיות, אנו מביטים מבעד לצעיף של כוכבים ואבק בדיסק שביל החלב שלנו. האבק הקרוב יחסית הזה מעמעם ומאדים את האור מגלקסיות רחוקות. האבק גורם לגלקסיה בעלת נגיהות מסוימת להיראות רחוקה יותר מאשר הייתה נראית ללא אבק. אך המהירות הרדיאלית אינה מושפעת מאבק. התוצאה היא ערך נמוך יותר של קבוע האבל. יתר על כן, קפאידים וסופרנובות בגלקסיות רחוקות מעומעמים על ידי אבק בגלקסיה שמכילה אותם, כמו גם באבק המפוזר בגלקסיה שלנו. בעוד כל החוקרים מסכימים כי השפעה זו חשובה, הם חולקים על גודל התיקון שיש להכניס בשל האבק. סיבה נוספת לאי-ודאות היא חוסר בהבנה מלאה שלנו לגבי סמני מרחק רבים. הידע שלנו ביחס לקבוע האבל הוא טוב באותה מידת ההבנה שלנו ביחס לפיזיקה של סמן המרחק.
למרות ההיסטוריה רבת המדידות והבדיקות, מדידות האחרונות התכנסו לטווח צר יחסית עבור קבוע האבל. רוב התצפיות עולות בקנה אחד עם ערך H0 = 71 km/s/Mpc.. טעות המדידה במספר זה היא כ -5%. (כמובן, קיימת אפשרות של שגיאה שיטתית בלתי מזוהה.) מה זה אומר ביחידות היומיומיות? משמעות הדבר היא כי גלקסיות נסחפות מאתנו והלאה תוך הגדלת המרחק ביניהן בקצב של 22km/s לכל מיליון שנות אור! במספר זה קיימת אי ודאות של כ 5%, ולכן אנו יכולים לצטט אותו 4 ± 71 ביחידות km/s/Mpc במילים אחרות, אין זה סביר כי קבוע האבל הוא הרבה יותר נמוך מ- 67km/s/Mpc או הרבה יותר גבוה מ- 75km/s/Mpc. העובדה כי טכניקות מדידה שונות רבות הניבו שיעור התפשטות דומה היא אימות נפלא לדרך ההבנה הבסיסית שלנו כיצד פועל היקום.
Author: Chris Impey