Более точное измерение расстояния до удаленных галактик

Из того, что я прочитал в Википедии , скорость Галактики имеет две составляющие: одна обусловлена ​​законом Хаббла для космического расширения, а другая — пекулярной скоростью галактики.

Так как пекулярная скорость галактик может быть более 1.000 км/с в случайном направлении, это приводит к ошибке в оценке их расстояния по закону Хаббла (резюмирую из Википедии).

Более точную оценку можно сделать, взяв среднюю скорость группы галактик: пекулярные скорости, считающиеся по существу случайными, компенсируют друг друга, оставляя гораздо более точные измерения.

Я предполагаю, что «группа галактик» на самом деле означает космическую структуру под этим именем, а не просто любое собрание галактик, которые кажутся «одними и теми же соседями», хотя в тексте Википедии это явно не упоминается, как это обычно бывает. Но я буду игнорировать этот вопрос.

Основная проблема, которую я вижу, заключается в том, что скорость небесных структур по отношению к их «окружению» кажется пропорциональной их размеру: 30 км/с для Земли, 200 км/с для Солнца, 600 км/с для Солнца. Млечный Путь и вообще до 1000 км/с и более для галактик.

Поэтому я ожидаю, что этот показатель снова возрастет для еще более крупных структур, таких как группы или скопления галактик.

Следовательно, хотя усреднение скоростей может внести некоторую поправку в измерения, основной источник ошибки должен исходить от самой групповой скорости и не может быть исправлен этой процедурой.

Это значительно ослабило бы утверждение Википедии о том, что она производит « гораздо более точное » измерение.

Прав ли я или ошибаюсь в своих рассуждениях?

Очень хороший вопрос о тонкой проблеме. Я думаю, что это касается часто игнорируемого аспекта космологии (который, безусловно, был бы уместным тегом здесь), что гомогенность/изотропия проявляется только в определенном масштабе, но я недостаточно уверен, чтобы превратить это в ответ. Между прочим, нет фиксированного определения «группы» — просто любой алгоритм, который вы решите использовать.
Минусы завораживают. Очевидно, что я спрашиваю, потому что моих знаний недостаточно. Если мой вопрос достаточно глуп, чтобы оправдать голосование на рассвете, почему бы не сказать мне, почему? Я заинтересован.

Ответы (1)

Описываемое вами поведение является следствием теоремы вириала . Не вдаваясь в кровавые подробности, это говорит нам о том, что если некоторая взаимодействующая система многих объектов имеет среднюю полную потенциальную энергию < U > то его средняя полная кинетическая энергия < Т > относится к < U > к:

< Т >= 1 2 < U >

Доказательство этого несколько обескураживает, но давайте возьмем простой пример. Потенциальная энергия Земли в гравитационном колодце Солнца равна:

U "=" г М м р

где М масса Солнца, м масса Земли и р радиус орбиты. Кинетическая энергия Земли равна:

Т "=" 1 2 м в 2

где в - орбитальная скорость. Если мы установим Т "=" 1 2 U мы получаем:

1 2 м в 2 "=" 1 2 г М м р

и с небольшой перестановкой получаем выражение для орбитальной скорости:

в "=" г М р

и бинго, это в точности выражение для орбитальной скорости .

Суть всего этого в том, что возрастающие скорости, которые вы описываете, являются результатом возрастающих потенциальных энергий взаимодействий. Потенциальная энергия Солнечной системы по отношению к Млечному Пути больше, чем у Земли по отношению к Солнцу, поэтому мы ожидаем, что результирующие скорости будут выше. Точно так же потенциальная энергия Млечного Пути относительно Местной группы снова выше, и так далее.

Таким образом, вы совершенно правы в том, что более крупные структуры связаны с более высокими скоростями, но на самом деле это следствие более высоких потенциальных энергий, а не непосредственно из-за размера. Это важно, потому что в самых больших масштабах нет гравитационно-связанных структур, т.е. потенциальные энергии равны нулю (относительно Вселенной в целом).

Так что, когда мы увеличиваемся в размерах, мы ожидаем, что кинетическая энергия увеличится, затем достигнет максимума и снова начнет уменьшаться. Я не уверен, где именно находится максимум - предположительно где-то между скоплением галактик и масштабом сверхскопления. В любом случае, дело в том, что если мы усредним скорости галактик в достаточно большом масштабе, мы усредним пекулярные скорости и получим точное значение постоянной Хаббла.

Удивительно, просто удивительно. Я имею в виду, я подумывал объяснить, как не существует гравитационно-связанных структур в самых больших масштабах и что скорость объектов в меньших масштабах обусловлена ​​вращением по орбите или гравитационно-связанными объектами. Но вы сделали именно это, только решительно и неопровержимо. Не требует запутанных объяснений. Я ревную. +1
Большое спасибо за этот очень интересный ответ (я подозревал, что замешана теорема вириала, но я недостаточно ее осваиваю). Тем не менее, меня беспокоят некоторые вопросы. Во-первых, конечно, если предположить, что вы сказали, я прав, говоря, что утверждение Википедии слишком сильное? (это был мой вопрос). Еще один момент, который меня беспокоит, заключается в том, почему более крупные структуры должны иметь большую потенциальную энергию? Масса имеет значение, но не меньшее значение имеет и размер в формуле энергии. И странно, что потенциальная энергия должна увеличиваться до каких-то размеров (галактическое скопление?), а потом уменьшаться.
@babou: у вас есть два конкурирующих эффекта: гравитация имеет тенденцию сближать материю, а расширение пространства имеет тенденцию разъединять ее. В малых масштабах расширением можно пренебречь, и гравитация побеждает, но сделайте масштаб достаточно большим, и расширение выиграет. Вот почему максимальная гравитационная потенциальная энергия находится где-то посередине.
@babou: повтори свою первую точку - если ты выберешь все галактики на некотором расстоянии р по всему небу (все 4 π из него), то вы выбираете галактики из множества разных скоплений. Можно было бы ожидать, что скорости галактик из разных скоплений не коррелированы и, следовательно, усредняются до скорости Хаббла.
Гравитация против расширения — хорошее объяснение максимальной скорости. Однако я не понимаю, как мы можем усреднять скорости для группы галактик, не удостоверившись, что они действительно находятся более или менее на одном и том же расстоянии, что мы и пытаемся определить. Итак, мы находимся в круговом споре. Принадлежность их к уникальной структуре — единственный способ помочь. Другое дело, что не очевидно, почему потенциальная энергия должна быть больше на больших конструкциях. Теорема вириала дает, по-видимому, среднюю скорость порядка в "=" г М с я г е , а потом что?
@бабу: М примерно пропорциональна с я г е 3 ...
Я не слишком стремился принять массу, пропорциональную кубическому размеру. Плотность, кажется, уменьшается с размером. Я проверил Солнечную систему и Млечный путь, и если не ошибаюсь, связь примерно такая М "=" к С 3 / 2 (Масса Солнечной системы составляет 1 миллион для размера 10 − 3 лы; Млечный Путь имеет массу 10 12 м за 100кл.
@бабу: согласен. Но пока степень размера больше единицы, скорость будет увеличиваться вместе с размером.
Более точное измерение расстояния до удаленных галактик
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v