Alheimurinn
Grundvallarathuganir í heimsfræði

Grundvallarathuganir í heimsfræði

  • milky_way
    Horft inn að miðju vetrarbrautarinnar. Á stjörnubjörtu kvöldi sést vetrarbrautin okkar með berum augum. Mynd: ESO/S. Brunier

Með augun og hyggjuvitið eitt að vopni má komast að stókostlegum niðurstöðum um þann alheim sem við byggjum.

1. Stærð alheims í tíma og rúmi

Ísak Newton (1642-1727) hugsaði með sér að í endanlegum alheimi myndi þyngdarkrafturinn milli stjarnanna draga þær, á nógu löngum tíma, saman í eina stóra stjörnu í miðju alheims. Sú var augljóslega ekki raunin. Newton taldi því að alheimurinn væri óendanlega stór og stöðugur.

Þessari kenningu fylgu ágallar. Þann stærsta dró Heinrich Olbers (1758-1840) fram í dagsljósið. Þversögn Olbers hljóðar einfaldlega svo: Hvers vegna er himinn svartur um nætur? Spurningin er hversdagsleg, en svarið krefst dálítillar umhugsunar. Í óendanlegum alheimi Newtons ættu augu okkar að enda á stjörnu, hvert sem litið væri á himninum. Rétt eins og þegar við horfum inn í þéttan skóg sjáum við tré hvert sem við horfum. Alheimurinn því að vera albjartur, jafnt daga sem nætur, en sú er augljóslega ekki raunin. Lausnin á þversögn Olbers felst í því að alheimurinn er endanlega gamall, en ekki óendanlegur líkt og Newton taldi og vegna endanlegs hraða ljóssins hefur okkur einfaldlega ekki borist ljós frá öllum stjörnum í alheimi.

Þessar vangaveltur koma okkur sumpart spánskt fyrir sjónir, enda vitum við meira um eðlis stjarna og gerð alheimsins nú en þá. Við vitum t.d. að efni í hinum sýnilega alheimi er takmarkað svo sérhver sjónlína í alheimi, myndi óhjákvæmilega ekki enda á stjörnu. Við vitum líka að líftími þeirra er endanlegur, og sumar stjörnur munu slokkna áður en aðrar senda okkur sína fyrstu geisla.

2. Grunnforsenda heimsfræðinnar

Til þess að stunda heimsfræði eins og þá sem við þekkjum, er gert ráð fyrir því að alheimurinn sé einsleitur og stefnusnauður á stórum kvarða (~100 Mpc). Það þýðir að alheimuinn er nokkurn veginn eins hvar sem er og hvert sem litið er. Milli þessa ber að greina. Sjá nánar í grein um forsendur nútíma heimsfræði (setja hlekk). Þessa forsendu styðja athuganir á alheimi. Örbylgjukliðurinn vitnar til um stefnusnauðan alheim. Hvert sem litið er lítur kliðurinn nokkurn veginn eins út.

Þótt alheimurinn sé stefnusnauður er ekki þar með sagt að hann sé líka einsleitur. Þéttni efnis umhverfis okkur gæti minnkað stöðugt því lengra sem við ferðuðumst út í geiminn en samt væri heimurinn stefnusnauður umhverfis jörðina. Kortlagning efnis í alheimi hefur þó leitt hið gagnstæða í ljós. Eitt stærsta verkefnið sem hefur tekist á við þetta er 2dF vetrarbrautarannsóknin. Til að mæla fjarlægðir til fjarlægra vetrarbrauta nota menn rauðvik (hlekkur á grein um rauðvik) í ljósi frá þeim. 2dF verkefnið mældi ljós frá 62.559 vetrarbrautum og afraksturinn má sjá á mynd (Mynd frá 2dF survey: Á myndinni virðist þéttni vetrarbrauta minnka með aukinni fjarlægð. Við rannsóknina takmörkuðu menn sig við vetrarbrautir með reyndarbirtu m= -19,5 og hærra og þar sem birtustig fellur með aukinni fjarlægð fækkar því þeim vetrarbrautum sem við sjáum. Myndin er því gleggri nær miðjunni.).

3. Útþensla alheimsins

Sjá nánar: Útþensla alheimsins og lögmál Hubbles

Árið 1929 birti Edwin Hubble (1889-1953) greinina: „Vensl fjarlægðar og burthraða vetrarbrauta“, þar sem hann rakti niðurstöður rannsókna sinna. Lögmál Hubbles

v = H0d

segir að burthraði vetrarbrautar, táknað með v, sé í réttu hlutfalli við fjarlægðina til hennar, táknuð með d. Stærðinar tengir Hubblesstuðullinn H0. Gildi Hubblesstuðuls í dag er

H0 = 70,4 km s-1Mpc-1.

Það segir okkur að vetrarbraut í 1 Mpc (u.þ.b. 3,26 milljón ljósár) fjarlægð fjarlægist okkur með hraða sem nemur 70,4 km s-1. (Mynd frá Weinberg). H0 er gildi Hubblesstuðuls í dag, en stærðin fer lækkandi og hefur markgildi. Ef heimurinn er að þenjast út, var hann sennilega eitt sinn þéttar saman en nú. Hafi heimurinn stöðugt þanist út með þessum hraða frá upphafi vega, var allt efni í alheimi saman komið í einum punkti fyrir

tH = 13,9 milljörðum ára

sem er ótrúlega nærri lagi, því við teljum nú að heimurinn sé um 13,75 milljarða ára gamall.

4. Örbylgjukliðurinn

Sjá nánar: Örbylgjukliðurinn

Ef við beinum sjónaukum, næmum fyrir örbylgjugeislun (sjá rafsegulrófið, hlekkur) upp í himininn sjáum við eitthvað svipað og á mynd (mynd af örbylgjukliðnum.). Þetta er örbylgjukliðurinn, bakgrunnsgeislun úr frumheimi – endurómur sjálfs Miklahvells.

Í árdaga var alheimurinn svo þéttur og heitur að rafeindir gátu ekki bundist róteindum og myndað atóm. (sjá mynd atómmyndun) Ljóseindir komust aldrei langa leið því þær rákust jafnharðan á frjálsar rafeindir. Heimurinn eltist og kólnaði, uns hitastigið var orðið nógu lágt (u.þ.b. 3.000 K) til þess að rafeindir gátu bundist róteindum. Þegar frjálsum rafeindum fækkaði skyndilega gátu ljóseindir ferðast lengri vegalengdir svo heimurinn varð gegnsær, ljóseindir urðu frjálsar. Þær urðu svo að örbylgjukliðnum. Þetta henti þegar alheimurinn var um 380.000 ára gamall. Um það leyti voru ljóseindir kliðsins miklu orkumeiri en nú. Bakgrunnsgeislunin hefur ekki alla tíð verið örbylgjukliður. Rétt eins og annað ljós sem okkur berst frá fjarlægum stjörnum teygist á bylgjulengd ljóseinda örbylgjukliðarins vegna útþenslu alheimsins. Ljósið roðnar og orka þess minnkar.

Tilvist örbylgjukliðsins styður þannig kenninguna um heitan Miklahvell.

5. Síaukinn útþensluhraði

Sjá nánar: Hulduorka

Laust fyrir aldamótin síðustu breyttu heimsmyndinni tveir rannsóknarhópar undir forystu Adams G. Riess (f. 1969) og Saul Perlmutter (f. 1959). Þá var viðtekið að útþensluhraði alheims færi minnkandi, að útþenslan hægði stöðugt á sér. Þeir hugðust mæla þessi hrif og beindu tækjum sínum að sprengistjörnum af gerð Ia en þær má nota sem staðalkyndla, fyrirbæri með þekkta reyndarbirtu. Þannig má mæla sýndarbirtuna og ákvarða fjarlægðina. Niðurstöður þeirra voru afgerandi. Hraði útþenslunnar eykst í sífellu. Gera má grein fyrir slíkri hegðan með því að bæta inn í jöfnur afstæðiskenningarinnar svokölluðum heimsfasta.

Heimildir

  • Carroll, B. W. og D. A. Ostlie (2007). An Introduction to Modern Astrophysics. San Fransisco: Addison Weasley.
  • Freedman, R. A. og W. J. Kaufmann III (2008). Universe. New York: W. H. Freeman and Company.
  • Hartle, J. B. (2003). Gravity: An Introduction to Einstein's General Relativity. San Fransisco: Addison Weasley.

Tengdar greinar

  • Stórgerð alheimsins
  • Hulduorka
  • Örbylgjukliðurinn
  • Heimsfræði
  • Útþensla alheimsins og lögmál Hubbles

Hvernig vitna skal í þessa grein

  • Ottó Elíasson (2010). Grundvallarathuganir í heimsfræði. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/grundvallarathuganir (sótt: DAGSETNING).



Leita á vefnum


 

Alheimurinn

stjörnur, stjörnuþyrping, sól, sólstjarna

Stjörnur

Stjörnur (sólstjörnur) eru sjálflýsandi gashnettir í geimnum sem framleiða orku með kjarnasamruna vetnis í helíum á einhverju stigi æviskeiðs síns. Allar stjörnur næturhiminsins eru svipaðs eðlis og sólin okkar en svo órafjarri að fjarlægðin til þeirra mælist í ljósárum. Sú sem er nálægust, Proxima Centauri, er rúm fjögur ljósár í burtu.

Lesa meira
 
Flokkun stjarna

Flokkun stjarna

Stjörnur eru flokkaðar eftir yfirborðshitastigi og eru helstu flokkar auðkenndir með bókstöfunum O, B, A, F, G, K og M. O-stjörnur eru heitastar en M-stjörnur kaldastar. O stjörnur eru bláar, B-stjörnur bláhvítar, A-stjörnur hvítar, F-stjörnur gulhvítar, G-stjörnur gular, K-stjörnur rauðgular og M-stjörnur rauðar. Sólin okkar er G-stjarna.

Lesa meira
 
myndun stjarna, Herbig-Haro

Myndun stjarna

Allar stjörnurnar á næturhimninum eru sólir eins og sólin okkar, sumar smærri flestar stærri og miklu fjarlægari. Á himninum virðist sem stjörnurnar séu eilífar og óbreytilegar þótt því fari víðs fjarri. Stjörnur fæðast í gasskýjum í geimnum og þróast í milljarða ára áður en þær líða loks undir lok.

Lesa meira
 
stjörnuþoka, ljómþoka, hringþoka, endurskinsþoka

Stjörnuþokur

Stjörnuþokur eru gas- og rykský í geimnum. Upphaflega var orðið stjörnuþoka almennt notað yfir öll þau fyrirbæri sem sýndust þokukennd í gegnum augngler stjörnusjónauka, þar á meðal aðrar vetrarbrautir. Stjörnuþokur eru oft stjörnumyndunarsvæði.

Lesa meira
 
stjörnuþyrping, lausþyrping, ngc 265

Stjörnuþyrpingar

Stjörnuþyrping er hópur stjarna sem haldast saman á litlu svæði vegna þyngdaraflsins. Stjörnuþyrpingum má skipta í kúluþyrpingar og lausþyrpingar. Stjörnuþyrpingum má þó ekki rugla saman við vetrarbrautir sem eru miklu stærri og stjörnur þeirra laustengdari. Í flestum vetrarbrautum er bæði að finna kúluþyrpingar og lausþyrpingar. Stjörnur í hverri stjörnuþyrpingu eru yfirleitt jafngamlar sem bendir til þess að þær myndist samtímis úr sömu stjörnuþoku.

Lesa meira
 
Síríus A, Síríus B, hvítur dvergur

Hvítir dvergar

Hvítir dvergar (e. white dwarfs) eru daufar og þéttar stjörnur á stærð við jörðina en álíka massamiklar og sólin. Hvítir dvergar marka endalok þróunarsögu flestra stjarna í alheiminum. Þegar sólin okkar hefur náð lokastiginu í þróunarsögu sinni endar hún ævi sína sem hvítur dvergur og löngu síðar svartur dvergur.

Lesa meira
 
sprengistjörnur, sn1987a, stóra-magellanskýið, tarantúluþokan

Sprengistjörnur

Sprengistjörnur eru gríðarlega öflugar sprengingar mjög massamikilla stjarna. Vísindamenn telja að allar stjörnur sem upphaflega eru um 8 sólarmassar eða meira endi ævi sína í slíkum hamförum. Dæmi eru um að sprengistjörnur sendi frá sér meiri geislun en sólin er talin gera á öllu æviferli sínu og verða þessi fyrirbæri oft á tíðum bjartari en hýsilvetrarbrautir þeirra. Öll frumefni þyngri en járn myndast í leifum sprengistjarnanna þegar þung frumefni rekast saman. Því má með sanni segja að við séum öll gerð úr stjörnuryki.

Lesa meira
 
nifteindastjörnur, tifstjörnur

Nifteindastjörnur

Nifteindastjarna er leif af sprengistjörnu af gerð II, gerð Ib eða gerð Ic. Slíkar stjörnur eru næstum eingöngu úr nifteindum. Nifteindastjörnur eru geysilega heitar og er einsetulögmál Paulis það eina sem kemur í veg fyrir frekara þyngdarhrun. Venjulega nifteindastjarna er á bilinu 1,35 til 2,1 sólmassar og aðeins rúmlega 10 km í þvermál.

Lesa meira
 
svarthol, NGC 300, Wolf-Rayet stjarna

Svarthol

Svarthol er eitt af furðum veraldar. Það er staður í alheimi þar sem gríðarlegur massi sveigir tímarúmið út í hið óendanlega. Þyngdarkrafturinn er svo mikill að ekkert efni sem fellur þar inn sleppur þaðan aftur. Hér eiga orð Dantes úr Gleðileiknum guðdómlega afar vel við: „Lasciate ogne speranza, voi ch'intrate“ eða „Hver sem hingað kemur, gefi upp alla von“. Sökum eðlis þeirra vita menn harla fátt um þessi fyrirbæri. Okkar vitneskja byggir því nær eingöngu á kenningum og útreikningum stærðfræðinga og eðlisfræðinga um svarthol.

Lesa meira
 
Gammablossi

Gammablossar

Gammablossar, orkumestu sprengingar alheimsins, eru hrinur háorkugeislunar sem berast utan úr geimnum að jafnaði einu sinni á sólarhring. Hver hrina er skammlíf og getur varað allt frá þúsundasta úr sekúndu upp í allmargar mínútur. Talið er að blossarnir eigi upptök sín við myndun svarthola í fjarlægum vetrarbrautum, annars vegar í gríðarlega öflugum sprengistjörnum og hins vegar við samruna tveggja ofurþéttra fyrirbæra. Með sífellt öflugri tækni hefur þekking á blossunum stóraukist á undanförnum áratug og vegna mikilla fjarlægða þeirra gefa rannsóknirnar einnig mikilvægar vísbendingar um stjörnumyndunarsögu alheimsins í árdaga. Í þessari grein verður stiklað á stóru í mælingasögu gammablossa. Greint verður frá helstu kenningum um orsakir þeirra ásamt gerð vetrarbrautanna sem þeir kvikna í. Nokkrum þýðingarmiklum blossum verður lýst sérstaklega sem og áhrifum mögulegs blossa í Vetrarbrautinni. Að lokum verður fjallað um ný mælitæki og nýjar áherslur í rannsóknum á þessum orkumiklu fyrirbærum.

Lesa meira
 
fjarlægðarstiginn, sprengistjarnan 1994d

Fjarlægðarstiginn

„Hversu langt er til stjarnanna?“ Vísindamenn sem spyrja sig að þessari sömu spurningu eiga í fórum sínum mjög öflug verkfæri til að ákvarða fjarlægðir til reikistjarnanna, einstakra stjarna í Vetrarbrautinni og jafnvel til daufustu vetrarbrauta sem finnast á himninum. Saman hafa þessar aðferðir löngum verið nefnd Fjarlægðarstiginn, þar sem hvert þrep stigans byggir á áreiðanleika þeirra fyrir neðan.

Lesa meira
 
Vetrarbraut, M101, Hubblessjónaukinn

Vetrarbrautir

Vetrarbrautir (e. galaxies) eru risastór kerfi stjarna og sólkerfa og gass og ryks, sem þyngdarkrafturinn bindur saman. Vetrarbrautir eru stærstu sýnilegu einingar alheims. Smæstar eru dvergvetrarbrautir sem hafa innan við eina milljón stjarna á nokkur hundruð ljósára breiðu svæði, en stærstar eru risavetrarbrautirnar sem innihalda meira en hundrað trilljón stjörnur og geta verið yfir milljón ljósár í þvermál.

Lesa meira
 
stjörnur, ryk, vetrarbrautin okkar

Vetrarbrautin okkar

Vangaveltur um heimkynni mannsins hefur ætíð verið mikill drifkraftur í stjörnufræði. Hvar eigum við heima og hvernig er okkar næsta nágrenni? Hver er staða sólarinnar okkar miðað við allar óteljandi systur hennar? Skoðun manna á borð við Newton (1643-1727) var sú að stjörnurnar á næturhimninum væru jafndreifðar um allar víðáttur himingeimsins. Í dag vitum við hins vegar að stjörnurnar fylkja sér í tilkomumiklar fjöldasamkomur sem við köllum vetrarbrautir. Lítið annað en gapandi tómið skilur milli vetrarbrautanna sem mega með sanni teljast stórborgir alheimsins.

Lesa meira
 
vetrarbrautaþyrping, vetrarbrautahópur, Stephans Quintet

Vetrarbrautaþyrpingar

Upp úr 1930 sýndu rannsóknir stjarnvísindamanna að vetrarbrautir dreifast ekki handahófskennt um alheiminn. Flestar hópa sig saman og mynda enn stærri þyrpingar og allar eru á fleygiferð um geiminn. Þyrpingarnar eru svo aftur hluti af enn stærri heild, reginþyrpingum.

Lesa meira
 
heimsfræði, hubble ultra deep field

Heimsfræði

Heimsfræði tekur á grundvallarspurningum um eðli og gerð alheimsins í heild sinni. Upphafi hans, þróun og örlögum.

Lesa meira
 
örbylgjukliðurinn wmap

Örbylgjukliðurinn

Örbylgjukliðurinn er endurómur Miklahvells. Hann ber vitni fyrri tíð þegar alheimurinn var heitari og þéttari en hann er nú. Örbylgjukliðurinn gerir okkur kleift að skyggnast milljarða ára aftur í tímann, löngu fyrir tíma manna vetrarbrauta og jafnvel sólstjarna. Hann er bakgrunnsgeilsun sem fyllir allan alheim og á upptök sín um 380.000 árum eftir Miklahvell.

Lesa meira
 

Vinir okkar

  • Hugsmiðjan
  • Sjónaukar.is
  • Portal To The Universe
  • Stjörnuskoðunarfélag Seltjarnarness
  • Vísindavefurinn
  • Hubble spacetelescope
  • European Southern Observatory - ESO



Póstlisti


Fleygar setningar

- Stephen Hawking

„Við erum aðeins þróuð apategund, á lítilli reikistjörnu umhverfis harla venjulega sólstjörnu. En við skiljum alheiminn. Það gerir okkur sérstök.″

 




Þetta vefsvæði byggir á Eplica