Afstandsmåling i universet

[hjertensfryd Planet]

For nogle uger siden kom jeg til at tænke på, om der er taget højde for de fjerne objekters lysstyrkeændring, når lyset er rødforskudt.

Når et lys rødforskydes ændres dets lysstyrke samtidig og bliver derved svagere.

Nu er det sådan, at afstanden til fjerne type Ia supernovaer er målt ved hjælp af deres lysstyrke. Det antages at deres absolutte lysstyrke er ens, da de opstå ud fra nogenlunde samme stjernetype og derfor udfører samme supernovafunktion og udsender samme kraft af stråling.

Deres relative lysstyrke (stjernestørrelse) er også målt ud fra det lys vi modtager fra supernovaerne og ved at forholde sig til disse to lysstyrkers forhold (den absolutte og den relative), kan man beregne afstanden til supernovaerne.

Skulle det nu være således, at det rødforskudte lys nedsætter lysstyrken for det lys vi modtager, vil forholdet mellem de to lysstyrker blive for stor i forholdet til, hvad de reelt ville være.

Afstands-/lysstyrkeformlen er udformet ud fra lys der ikke er rødforskudt og når så denne formel bliver brugt over for rødforskudt lys, kunne det tænkes, at den beregnede afstand bliver længere end det reel er.

John, kan du besvare, om der tages forbehold over for rødforskydningens svækkelse af lysstyrken, når der astronomisk gøres afstandmåling ud fra lysstyrker?

Med venlig hilsen
Lars Kristensen

[john.stDeltager Giant]

Der er – som flere gange tidligere nævnt – mere end en parameter, som viser, at supernovæ observeres i forskellig afstand.

Den vigtigste parameter er, at fjerne type Ia supernovæ tager længere tid fra start til slut, end nære. Vi observerer hvert år hundreder af supernovæ type Ia i såvel nære som fjerne galaxer, og de viser med ganske få undtagelser (spektrum som type Ia, men reelt en hypernova (formentlig to hvide dværge og/eller eneutronstjerners sammenstød) hvert 5 år, o.l.) en jævnt forløbende ændring i såvel tidsforløb som lysstyrke.

En type Ia SN har en absolut lysstyrke på 19M3 +/- 0,3 – noget (senere tilføjet præcisering: dvs. variationen i lysstyrke) som let forklares ved såvel den hastighed deres accretion disk leverer stof til wd som små forskelle i forholdet mellem antallet af nukleoner og elektroner i wd.

(senere tilføjet uddybning: lys-tabet ved lysets passage gennem interstellare skyer (intergalaktisk rødfarvning) er til tider langt større end den kosmologiske rødforskydning, men har en helt anden virkning. Kosmologisk rødforskydning = spektrallinier er forskudt til positioner i længere (mere røde) bølgelængder; den intergalaktiske rødfarvning flytter ikke spektrallinierne, men virker som fx at kigge gennem rødt glas).

hjertensfryd wrote: Afstands-/lysstyrkeformlen er udformet ud fra lys der ikke er rødforskudt og når så denne formel bliver brugt over for rødforskudt lys, kunne det tænkes, at den beregnede afstand bliver længere end det reel er.

Anser du forskerne for rene idioter? det er der tænkt på for årtier siden.John.St2009-03-15 06:19:02

[hjertensfryd Planet]

Tak for dit oplysende svar John,

men jeg anser ikke videnskabens folk for at være rene idioter, men som det de er.

Meget fornuftige og menneskelige mennesker, som aldrig opfatter sig som værende ufejlbarlige og som udmærket som en hel gruppe vil kunne overse en fejl, som de ellers ser dag ud og dag ind, uden at opdage den.

Videnskabens folk er ikke ufejlbarlige guder, for var de det, ville de netop være rene idioter.

Med venlig hilsen
Lars Kristensen

[john.stDeltager Giant]

Mig forekommer det, at du nedvurderer titusinder af forskere, når du antager, at de ikke har tænkt på indlysende fejlmuligheder.

Netop evt. problemer med afstande til SN er extremt indgående behandlet.

Alene på arXiv astro-ph findes omkring 1.000 afhandlinger om emnet.John.St2009-03-15 07:11:10

[john.stDeltager Giant]

John.St wrote: Den vigtigste parameter er, at fjerne type Ia supernovæ tager længere tid fra start til slut, end nære. Vi observerer hvert år hundreder af supernovæ type Ia i såvel nære som fjerne galaxer, og de viser med ganske få undtagelser … en jævnt forløbende ændring i såvel tidsforløb som lysstyrke.

Jeg kan tilføje, at der jo findes adskillige måder, hvormed man kan måle afstande til andre galaxer, fx Delta Cepheide-, RR Lyræ-, W Virginis-stjerners fuldstændig faste forhold mellem lysstyrke, lysvariation og periode.

Denne kan med sikkerhed fastlægges, når del cep stjerner befinder sig i en stjernehob, hvor alle stjerner har samme omtrentlige afstand til Jorden, fx en hob med 20 lysår i diameter og en afstand på 3-4-5-600 lysår, hvor man kan måle afstanden meget præcist ved parallaxe, og hvor den indbyrdes afstand er minimal i forhold til afstanden til Jorden, for ikke at tale om LMC med en storakse på 30.000 lysår og en afstand lige under 160.000 lysår, SMC med en storakse på 19.000 lysår og en afstand omkring 200.000 lysår, eller Andromedagalaxen med storakse på ca. 140.000 og en afstand af ca. 2.550.000 ly.

Afstande målt på denne anden måde (+ flere andre) passer med afstande baseret på SN Ia.John.St2009-03-15 07:05:56

[thomas Giant]

hjertensfryd wrote:
Når et lys rødforskydes ændres dets lysstyrke samtidig og bliver derved svagere.

Er der ikke lige en venlig sjæl (John please!) der vil forklare mig hvad denne effekt hedder og går ud på. Og hvor den manglende energi bliver af?

Håber i kan gøre mig klogere.

Thomas2009-03-15 10:01:50

[john.stDeltager Giant]

I astrofysisk sammenhæng er der to helt forskellige former for rødforskydning.

Den ene er Doppler-forskydning, som forårsages af egenbevægelse (= objekterne selv flytter sig indbyrdes, som fx biler, cykler, snemænd – snemænd!?! OK en enkelt smutter, men altså sådan).

Doppler-forskydning kan være blå (objekterne nærmer sig hinanden) eller rød (objekterne fjerner sig fra hinanden). Fx bevæger Solens to “sider” sig i hver sin retning i forhold til os pga. Solens rotation, og der observeres derfor både blå og rød Doppler-forskydning, som bruges til at bestemme rotationshastigheden og viser os, at den er differential (forskellig på forskellige breddegrader).

Doppler-effekten for lys minder på mange måder om Doppler-effekten for lyd (når ambulancen nærmer sig, høres sirenen som en højere tone, når den fjerner sig som en dybere).

De to former for Doppler-effekt er imidlertid helt forskellige i deres mekanisme (intet medium for elektromagnetisk stråling, men den observerede afstand mellem bølgetoppe i den elektromagnetiske stråling mindskes/øges pga. bevægelse – den elektromagnetiske stråling er i sig selv fuldstændig upåvirket og uændret, kun observatøren oplever Doppler-forskydningen; for lyd er der bl.a. tale om sammenpresning af mediet = luften, osv., osv.).

Den anden rødforskydning er den kosmologiske rødforskydning, som forårsages af rummets udvidelse. Den er totalt forskellig fra Doppler-effekten, selv når den elektromagnetiske stråling i begge tilfælde bliver mere rød. Den har absolut ingen forbindelse med objekternes egenbevægelse.

I denne forbindelse er det en god idé at skelne mellem rummet og universet; et tankebillede: rummet er som et værelse med gummi-vægge, -gulv og -loft, universet er møbler, personer, osv. i værelset.

Rummet udvider sig uafhængigt af universets objekters egenbevægelse (det er derfor udvidelsen kan være hurtigere end lysets hastighed i vacuum, var der tale om egenbevægelse, var lysets hastighed overgrænsen (Lorentz-kontraktionerne og objekternes moment)), men de ændrer alligevel indbyrdes afstand.

Du kan nemt forestille dig en (overmåde forenklet) forklaringsmodel, ved at tage en elastik, sætte 2 mærker i en bestemt afstand, og så strække elastikken. Ingen af punkterne har bevæget sig selv – de sidder jo fast på elastikken – men alligevel er deres indbyrdes afstand øget; eller som overfladen af en ballon (glem alt om det indeni) hvor en myre vandrer rundt, mens ballonen pustes op, og den stakkels myre undrer sig såre over, at der bliver længere og længere hen til syltetøjsklatten, selvom den skynder sig alt, hvad den kan.

Undervejs fra et objekt bliver den elektromagnetiske stråling strakt af rummets udvidelse – der bliver længere og længere mellem bølgetoppene, og strålingen bruger længere tid til at nå fra udsendelsespunktet til en fjern observatør.

I fagkredse er der betydelig debat om præcis hvordan strækningen sker; der findes flere hundrede afhandlinger om emnet, som endnu er uafklaret – og måske altid forbliver det. Derimod er der masser af forskellige observationer af vidt forskellige forhold, som viser, at det er rummets udvidelse, der forårsager den (fx at fjerne supernovabegivenheder og – specielt – detaljer i deres udvikling tager længere tid, jo fjernere de er fra os).

Imidlertid, rummets udvidelse medfører, at velkendte spektrallinier i den elektromagnetiske stråling forskydes mod den mere langbølgede del af spektret, den “røde” ende.

Hvis afstanden (og dermed strækningen af strålingen) er tilstrækkelig stor, kan den elektromagnetiske stråling ende helt ude i microbølgeområdet (hvilket netop er sket med den kosmologiske baggrundsstråling målt af WMAP), og med tilstrækkelig lang tid til rådighed måske endda i radioområdet (spørgsmålet er imidlertid om strålingen så nogensinde vil nå frem til os, eftersom afstanden formentlig ender med at vokse så hurtigt, at strålingen aldrig når frem; en hel del af universet ligger i den del af rummet, som er fjernere end den afstand, hvor det er muligt for stråling udsendt idag, nogensinde at nå frem til os).

Hvad bliver der af den elektromagnetiske strålings mistede energi?

Jeg fik forresten et herligt aftensmåltid, bestående af aspargessuppe, efterfulgt af Congrio (en slags kæmpeål med meget mørt, helt hvidt kød) i en lækker esdragonsauce, dertil en argentisk gran reserva hvidvin, fulgt af en ordentlig portion jordbær med creme chantilly.

Nå, det nytter vel ikke at snakke uden om.

Det debatteres heftigt i fagkredse; der findes adskillige tilgange og teorier om emnet.

En teori går ud på, at energien ikke nødvendig skal bevares iflg. den Generelle Relativitetsteori, i modsætning den Specielle Relativitetsteori, hvilket er korrekt for så vidt, at GR ihvertfald kan beregnes (tolkes) således.

En af de andre teorier (som jeg pt. mener er den korrekte tolkning) er, at der ganske enkelt ikke mistes energi.

Årsagen hertil er, at ganske vist har fotonerne i den elektromagnetisk stråling lavere energi end da de oprindeligt blev udsendt, men eftersom elektromagnetisk stråling transporteres i form af bølger (Youngs dobbeltspalteforsøg), mens den optræder som partikler, fotoner, når den interagerer med stof (fx den fotoelektriske effekt), mister den enkelte bølgetop-bølgetop ganske vist energi ved at blive strakt, men til gengæld medgår energien til (indgår i), at der bliver mere af strålingen, fordi den bliver strakt længere ud. Billedligt lidt ligesom en elastik, som strækkes, ikke mister masse af den grund.

Slagsmålet om de forskellige teoriers korrekthed er særdeles underholdende. Intet er afgjort endnu.

Mens vi er ved det: Når rummet nu udvider sig, hvad så med galaxehobe, galaxer, stjerner, planeter, osv. udvider de sig så ikke også?

Og vil mine underbukser falde ned om hælene næste år?

Njetjevo! Den gensidige gravitation indenfor så små entiteter er en meget stærkere kraft end rummets udvidelse. Imidlertid har udvidelsen en virkning, idet objekterne er lidt større, end de ville have været uden ekspansionen.

Vor Mælkevejsgalaxe (ca. 100.000 lysår = 946.000.000.000.000.000 km i diameter) har fx en diameter, som er i størrelsesordenen 1,2 km større end den ville have haft uden rummets udvidelse, hvor den så ellers kun ville have været 945.999.999.999.999.998,8 km i diameter.

Nu er her næsten 30 graders varme, jeg er ca. 1.500 siders læsning bagud, mine to afhandlinger, (hvoraf den ene vist bliver en dead end pga. problemer med IAUs stjernetællinger) er håbløst langt bagefter, så du får ikke mere for den 25-øre (som vel alligevel snart udgår som mønt).John.St2009-03-15 15:35:06

[thomas Giant]

Tak skal du have for et fyldigt svar.

Det var lige den med rødforskydning pga rummets udvidelse, jeg havde glemt.

Godt at høre du spiser godt :O)

ps. 25-øren er udgået

[john.stDeltager Giant]

Læs lige igen, jeg fik mail om dit indlæg, mens jeg skrev en mindre tilføjelse.

[john.stDeltager Giant]

Thomas wrote: ps. 25-øren er udgået

Scheisse, jeg har 4-5 stykker liggende et sted – og så fabler de om børskurser og huspriser, det her er et væsentligt, næsten samfundsomstyrtende formuetab (eftersom det går ud over mig).John.St2009-03-15 13:34:12

[Lars MalmgrenDeltager Super Nova]

Meget fin og let forstålig gennemgang af rødforskydningen og rummets udvidelse!
Tak for det, John

[mhansenDeltager Nova]

Endnu en pædagogisk måde at vise rødforskydningen af elektromagnetisk stråling i det ekspanderende rum er, i stedet for at tegne to prikker, så tegne en bølge på en elastik med bred kant. Så kan man jo prøve at strække elastikken og vupti, bølgen vil blive strukket

[john.stDeltager Giant]

MHansen wrote: Endnu en pædagogisk måde at vise rødforskydningen af elektromagnetisk stråling i det ekspanderende rum er, i stedet for at tegne to prikker, så tegne en bølge på en elastik med bred kant. Så kan man jo prøve at strække elastikken og vupti, bølgen vil blive strukket

Glimrende idé.

[john.stDeltager Giant]

Jeg bemærkede lige, at jeg er blevet “groupie” – en af tøserne, som render efter musikere og den slags.

Det passer jo fint til den avatar, jeg lige har lavet af Yanadas (lokalt, sorthåret, sortøjet, permanent solbrændt hunkønsvæsen) brevhoved.

[mogensDeltager Super Nova]

Jeg forstår heller ikke jeg skal være groupie, når jeg er musikker i det virkelige liv.-Fremragende indlæg, John.-Jeg har en søn der skriver PHD, han ryster på hovedet over nogle af de påstande der fremføres.

[Forfatter]

Indlæg