Od czego zależą prędkości galaktyk?

Pytanie

Pyta Basia

Dlaczego prędkość, z jaką galaktyka oddala się od nas, jest proporcjonalna do jej odległości od nas? W końcu sami znajdujemy się w galaktyce, która rozszerza się jak wszystkie inne. Ziemia nie jest statycznym punktem Wszechświata względem którego inne obiekty się oddalają. Czy wszystkie te galaktyki po prostu oddalają się od nas, czy też przestrzeń między galaktykami się rozszerza?

Odpowiedź

Odpowiada Jakub Barchwic

Ziemia istotnie nie jest statycznym punktem Wszechświata. To właśnie sama przestrzeń się rozszerza i przez to galaktyki się od nas oddalają. Wynika to z ogólnej teorii względności Einsteina, która opisuje geometrię czasoprzestrzeni, i która dopuszcza to, że przestrzeń może się kurczyć lub rozszerzać. To właśnie zaobserwował Edwin Hubble w 1929 roku dokonując pomiaru odległości do galaktyk i mierząc ich prędkość odkrył, że prędkość jest równa stałej Hubble’a razy odległość do galaktyki. Dlaczego prędkość zależy od odległości? Gdy przestrzeń się rozszerza, obiekt oddalony o odległość $d$ po pewnym czasie $t$ znajduje się w odległości $d+x$, która uwzględnia efekt związany z rozszerzaniem. Z tego wynika, że prędkość z jaką obserwujemy, że obiekt się oddala, jest równa $v = x/t$. Natomiast odległość związana z rozszerzaniem $x$ jest proporcjonalna do $d$, więc im większa odległość do obiektu, tym większa jest prędkość z jaką widzimy, że obiekt się oddala. Ponadto z perspektywy obiektu to my się oddalamy od niego, a z tego wynika, że gdy my widzimy, że wszystkie galaktyki się od nas oddalają, to z każdej z nich widać dokładnie to samo, czyli że wszystkie inne galaktyki się od nich oddalają. Dodatkowo obserwacje supernowych typu Ia przeprowadzonych w 1998 roku, wykazały, że ekspansja przestrzeni nie jest jednostajna, a przyspiesza (nagroda Nobla w dziedzinie fizyki w 2011 roku). Dzięki temu okazało się, że prędkość oddalania się galaktyk jest równa parametrowi Hubble’a razy odległość, gdzie parametr Hubble jest zależny od czasu, a wielkość, którą zmierzył Hubble, to jego teraźniejsza wartość.