חוק האבל

חוק האבל הוא חוק באסטרופיזיקה ובקוסמולוגיה הקשור לקצב ההתפשטות של היקום, בהתאם לתאורית המפץ הגדול. נכון ל-20 בדצמבר 2012, ערכו של קבוע האבל, כפי שנמדד על ידי לוויין המחקר WMAP של נאס"א הוא 69.32 קילומטר בשנייה למיליון פרסק.

החוק קרוי על-שמו של האסטרונום אדווין האבל, שבסוף שנות העשרים של המאה ה-20 ערך תצפיות בגלקסיות רחוקות. האבל זיהה בספקטרום שלהן תופעה המכונה הסחה לאדום, המוסברת על-פי אפקט דופלר בכך שהן מתרחקות מאיתנו. האבל אסף נתונים המראים שזוהי תופעה כללית, וכמעט כל הגלקסיות הנצפות אכן מתרחקות מגלקסית שביל החלב. יתרה מזו, מהירות ההתרחקות תלויה בעיקר במרחקה של הגלקסיה מאיתנו, ועומדת ביחס ישר למרחק. גלקסיה רחוקה פי שניים מתרחקת במהירות גדולה פי שניים; גלקסיה רחוקה פי עשרה מתרחקת במהירות גדולה פי עשרה.

היחס בין מהירות ההתרחקות לבין המרחק הוא קבוע האבל. לפי נתוני לוויין המחקר WMAP, ערכו של הקבוע המסומן באות $\ H_{0}$ הוא 0.8 ± 69.32 ק"מ לשנייה, למיליון פארסק. דהיינו, גלקסיה המרוחקת מאתנו כמאה מיליון פארסק, או 326 מיליון שנות אור בקרוב, מתרחקת מאתנו במהירות של 6,932 ק"מ לשנייה. המרת הקבוע ליחידות זמן נותנת בקירוב טוב 1 חלקי 14 מיליארד שנה, קרוב לגיל היקום המוערך היום ב-13.7 מיליארד שנה.

הקושי בהערכת הקבוע נובע מכך שקשה להעריך את מרחקה האמיתי של גלקסיה מאיתנו. הערכות אלה מבוססות על עוצמת הקרינה של הגלקסיה ושל עצמים בולטים בתוכה, כגון משתנים קפאידיים וסופרנובות.

קיומם של צבירי גלקסיות מקומיים, שבהם השפעת המשיכה גדולה יותר מאשר באזורים אחרים, מסבך את הנחת ההומוגנית של היקום, לפיה התצפיות שיערכו אסטרונומים בגלקסיות אחרות יתנו תוצאות קרובות לשלנו. גם תופעה זו מקשה על המדידה המדויקת של הקבוע של האבל.

התצפיות של האבל מתאימות ביותר למודל שבו כל הגלקסיות מתרחקות זו מזו, כמו רסיסים של פצצה. עם זאת, היום מקובל לראות בכך ראיה להתפשטות של המרחב עצמו, ולא לכך שהגלקסיות מתרחקות זו מזו בתוך מרחב קבוע. בין כך ובין כך, התגלית של האבל הייתה ההוכחה המשמעותית הראשונה למודל של המפץ הגדול לגבי הולדת היקום והתפשטותו בהמשך.

השיטות להערכת גיל היקום מתבססות רובן ככולן על אומדנים של הקבוע של האבל, ומקנות משנה חשיבות להערכה מדויקת של קבוע יסודי זה. נסיונות לשפר את ההערכות הנוכחיות היו בין הגורמים העיקריים לשיגור טלסקופ החלל על-שם האבל, שבהיותו חופשי מהפרעות אטמוספיריות אמור לאפשר תצפיות מדויקות יותר מאלו שמתבצעות מן הקרקע. עד ששוגר טלסקופ החלל, הוערך הקבוע של האבל בין 50 ל־100 קילומטר בשנייה למיליון פרסק, ורק נתונים עדכניים שסיפק טלסקופ זה, בשנים 1998-1999, אפשרו לשפר את ההערכה לתחום שבין 60 ל־80 ולהעמידו על 69.32 בסוף 2012.

על-פי המודל הסטנדרטי בפיזיקה, הגורם היחיד שיכול להאט את התרחקות הגלקסיות הוא כח הכבידה, המושך את הגלקסיות זו לזו וגורם לכך שהקבוע של האבל יורד בערכו עם הזמן. תצפיות מאוחרות, מסוף המאה ה־20, מצביעות לכאורה על כך שקצב ההתפשטות גדל. תופעה זו עדיין אינה מוסברת די הצורך, ויש הקושרים אותה באנרגיה אפלה.

השתנות בזמן

קבוע האבל הוא קבוע במרחב (כלומר זהה בכל היקום) אך לא בזמן. את התלות שלו בזמן ניתן לחשב בצורה תאורטית ממשוואות פרידמן ובאמצעות השוואה לתצפיות לקבל את הזמן מאז המפץ הגדול.

החישוב נעשה באמצעות הנוסחה $\ H(t)={\frac {{\dot {R}}(t)}{R(t)}}$ כאשר $\ R(t)$ הוא גודל הנקרא פרמטר הסקלה של היקום.

ראו גם

• גיל היקום