Distantzia kohigikor eta propioak

Kosmologia estandarrean, distantzia kohigikorra eta distantzia propioa kosmologoek objektuen arteko distantziak definitzeko erabiltzen dituzten distantzia-neurriak dira, elkarrekin oso harremanduta daudenak. Distantzia propioak urrutiko objektu bat denbora kosmologikoaren une zehatz batean non egongo litzatekeen adierazten du, unibertsoaren hedapenaren ondorioz denboran zehar alda daitekeena. Distantzia kohigikorrak unibertsoaren hedapena alde batera uzten du, espazioaren zabalkuntzaren eraginez denboran aldatzen ez den distantziaren balioa emanez. Hala ere, balio hau beste faktore lokal batzuen ondorioz alda daiteke; adibidez, kumulu baten baitako galaxiaren mugimendua dela eta.

Distantzia kohigikor eta propioak berdin bezala definitzen dira oraingo aldiunean. Beste aldiune batzuetan, aldiz, unibertsoaren hedapenaren ondorioz distantzia propioaren balioa alda daiteke, baina distantzia kohigikorrak konstante dirau.

Koordenatu kohigikorrakAldatu

 
Unibertsoaren bilakaera eta bere horizonteak distantzia kohigikorretan. x ardatza distantzia da, bilioi argi-urtetan; ezkerreko y ardatza denbora da, Big Bangaz geroztik bilioi urtetan; eta eskuineko y ardatza eskala-faktorea da. Unibertsoaren eredu honek energia iluna kontuan hartzen du, aldiune batetik aurrera hedapen azeleratua sortzen duena, eta inoiz ikusi ezin dugun gertaera-horizontea dakarrena.

Erlatibitate orokorrak fisikako legeak hautazko koordenatuekin formulatzea ahalbidetzen duen arren, koordenatu aukeraketa batzuekin lan egitea errazagoa edo naturalagoa da. Koordenatu kohigikorrak koordenatu naturalago batzuen adibide dira. Unibertsoa isotropikotzat hautematen duten behatzaileei koordenatu espazial konstanteen balioak egokitzen dizkiete. Behatzaile hauei behatzaile kohigikor deritze, Hubble fluxuarekin bat mugitzen baitira.

Behatzaile kohigikorra unibertsoa hauteman dezakeen behatzaile bakarra da, hondoko mikrouhin-erradiazioa barne, isotropikoa bada. Behatzaile ez-kohigikorrek zeruko eskualdeak sistematikoki gorriratz lerratuta edo urdinerantz lerratuta ikusiko dituzte. Beraz isotropiak, bereziki hondoko mikrouhin-erradiazioaren isotropiak, erreferentzia-sistema lokal berezi bat definitzen du, erreferentzia-sistema kohigikor edo propio izenekoa. Behatzailearen abiadurari, erreferentzia-sistema kohigikor lokalarekiko erlatibo, behatzailearen abiadura propio deritzo.

Materia-masa handi gehienak, galaxiak esaterako, ia kohigikorrak dira, haien abiadura propioak, ekarpen grabitatorioa dela eta, baxuak direlarik.

 
Koordenatu kohigikorrek unibertso Friedmanniarraren zabalkuntza zehazki proportzionala bereizten dute espazio-koordenatu kohigikorretan a(t) eskala-faktoretik. Adibide hau ΛCDM eredukoa da.

Denbora kohigikorra Big Bangetik igarotako denbora adierazten duen koordenatua da, behatzaile kohigikor baten erlojuaren arabera, eta denbora kosmologikoaren neurri bat da. Espazio-koordenatu kohigikorrek gertaera non gertatzen den zehazten dute eta denbora kosmologikoak, aldiz, gertaera noiz gertatzen den. Batera, koordenatu-sistema oso bat osatzen dute, gertaeraren kokapena eta unea adieraziz.

Espazioa koordenatu kohigikorretan "estatikoa" dela esaten da, galaxien eskalakoak edo handiagoak diren gorputzak gutxi gorabehera kohigikorrak baitira, eta gorputz kohigikorrak estatikoak dira, koordenatu-kohigikorrak ez aldatuz. Beraz, galaxia kohigikor bikote bat emanez, bien arteko distantzia propioa txikiagoa izango litzateke iraganean eta handiagoa bilakatuko litzateke etorkizunean espazioaren zabalkuntza dela eta, baina distantzia kohigikorra konstante mantenduko da uneoro.

Unibertsoaren zabalkuntzak eskala-faktore gorakor bat du, distantzia kohigikor konstanteak denborarekin hazten diren distantzia propioekin nola uztartzen diren azaltzen duena.

Weylen postulatuaAldatu

Erlatibitate berezian aldiberekotasuna erlatiboa da, behatzaile inertzial bakoitzak berak neurtutako   une bakoitzean definitzen ditu aldiberekoak diren gertaerak edo, beste era batera esanda, hiru dimentsioko espazio motako   (hiper)planoan dauden gertaerak. Weylek 1923an Minkowskiren metrikan plano horiek behatzailearen denbora motako unibertso-lerroarekiko ortogonalak izan behar zirela postulatu zuen. Erlatibitate orokorraren kasurako planoen ordez gainazal kurbatuak izango genituzke eta erlatibitate berezia lokalki baino ez da beteko. Hortik abiatuta, bi hipotesi egin ditzakegu:

  • Espazio-denbora espazio motako gainazaletan banatzen da, bakoitzak   aldiune kosmiko bat definituz (denbora kosmikoa).
  • Oinarrizko behatzaile multzo berezi ideal bat dago. Behatzaile horien denbora motako unibertso-lerroak geodesikoak dira eta, iraganeko edo etorkizuneko singularitateetan izan ezik, ez dute elkar ebakitzen. Modu horretan, kongruentzia definitzen dute, fluido baten korronte-lerroek bezala. Behatzaileek espazio motako plano ortogonal sinkrono lokala finkatzen dute gertaera bakoitzean eta horiek batuz lortzen dira   konstanteko gainazalak. Beraz, haien denbora propioa   da.

  koordenatu espazialak erabiltzen dira oinarrizko behatzaileen unibertso-lerroak izendatzeko, eta konstanteak dira behatzaile bakoitzaren unibertso-lerroan barrena. Hori dela eta, koordenatu kohigikorrak deritze. Alboko galaxien eraginen ondorioz, galaxiak abiadura ez-erlatibistaz mugitzen dira fluido kosmikoaren partikulen inguruan, hau da, galaxien higiduraren batazbestekoaz definitu daiteke fluido kosmikoaren higidura. Oinarrizko behatzaileen arabera, mikrouhin-hondo kosmikoa isotropoa da (doitasun handiz), baina Doppler efektuaren ondorioz beste mota batzuetako behatzaileek anisotropia behatuko dute. Gainera, metrika   koordenatu kohigikorretan ondorengo eran adieraz daiteke:  .

  • Gainazalekiko tangenteak diren bektoreek   egitura dute eta behatzaileen abiadura   erakoa da. Beraz, behatzaileen eta gainazalen arteko ortogonaltasun-baldintza dela eta  . Ondorioz, metrikan  .
  •   da, unibertso-lerroan   egitean   lortzen baita.

Oinarrizko behatzaileen   unibertso-lerroak geodesikoak dira. [1]

Distantzia kohigikorra eta distantzia propioaAldatu

Distantzia kohigikorra bi punturen arteko distantzia da, uneko denbora kosmologikoak definitutako ibilbidean zehar neurtua. Hubblen fluxuarekin mugitzen diren objektuentzako denboran zehar konstante mantentzen dela kontsideratzen da. Behatzaile batetik urruneko objektu baterako (galaxia bat, esaterako) distantzia kohigikorra hurrengo formula jarraituz kalkula daiteke, Friedmann–Lemaître–Robertson–Walker metrika erabiliz lortua.

 

non a(t′) eskala-faktorea den, te behatzaileak detektatutako fotoien emisioaren unea den, t une honetako denbora den eta c hutseko argiaren abiadura den.

Denboraren gaineko integrala den arren, adierazpen honek zinta metriko hipotetiko batek neurtuko lukeen distantzia zuzena ematen du finkatutako t aldiune batean, adibidez distantzia propioa (behean definitu bezala) denboraren menpeko argi-abiadura kohigikorra kontuan izan eta gero, integrakizuneko   terminoaren bitartez. "Argi-abiadura kohigikor" esanez, [ ] koordenatu kohigikorretan zeharreko argiaren abiaduraz ari gara, zeina denboraren menpekoa den lokalki, nahiz eta argi-partikulen geodesika nuluan zeharreko edozein puntutan koordenatu-sistema inertzial bateko behatzaile batek argiaren abiadura c bezala neurtuko lukeen, erlatibitate bereziarekin bat. Eratorpen baterako ikusi: "Appendix A: Standard general relativistic definitions of expansion and horizons" Davis eta Lineweaver 2004.[2]

DefinizioakAldatu

Hainbat testuliburuk   ikurra erabiltzen dute distantzia kohigikorra adierazteko. Hala ere, ikur hau eta   koordenatu-distantzia berizi behar ditugu FLRW uniberstoan maiz erabiltzen den koordenatu-sistema kohigikorrean, non metrikak ondoko forma hartzen duen (koordenatu-polarren zirkuferentzia murriztuan, unibertso esferikoaren erdian zehar soilik baliogarria dena):

 

Koordenatu kohigikorren   distantzia   koordenatuarekin ondorengo moduan harremantzen denean:[3][4][5]

 

Testuliburu eta ikerketa-lan gehienek behatzaile kohigikorren arteko distantzia kohigikorra denborarekiko independentea den kantitate aldaezin bezala definitzen dute, haien artean aldakorra edo dinamikoa den distantzia "distantzia propio" izendatuz. Erabilera honetan, distantzia kohigikor eta propioak une honetako unibertsoaren adinean numerikoki berdinak dira, baina iragan eta etorkizunean desberdinak dira; galaxia baten distantzia kohigikorra  bezala adierazten bada,   distantzia propioa   ausazko aldiune batean   adierazpeak emango du, non   eskala-faktorea den (ad. Davis eta Lineweaver 2004).[2] Bi galaxiaren arteko   distantzia propioa t aldiunean bien artean kokatutako zuzenki batek neurtuko lukeen distantzia besterik ez da.[6]

Distantzia propioaren erabilerakAldatu

 
Unibertsoaren bilakaera eta bere horizonteak distantzia propioetan. x-ardatza distantzia da, bilioi argi-urtetan; ezkerraldeko y-ardatza denbora da, Big Bangaz geroztik bilio urtetan; eta eskumaldeko y-ardatza eskala-faktorea da. Eredu hau aurreko irudiko berdina da, energia iluna eta gertaera-horizontearekin

Denbora kosmologikoa berdina da behatzailearentzat lokalki neurtutako denboran finkatutako posizio kohigikor batean, hau da, koordenatu-sistema kohigikor lokalean. Distantzia propioa ere lokalki neurtutako distantziarekiko berdina da koordenatu-sistema kohigikorrean gertuko objektuen kasuan. Urruneko bi objekturen arteko distantzia propioa neurtzeko, bien arteko bide-zuzenean hainbat behatzaile kohigikor ditugula imajinatu beharra dugu, behatzaile guztiak elkarrekiko gertu kokatuz bi objektuen artean kate bat osatuz. Behatzaile hauek guztiek denbora kosmologiko bera izan behar dute. Behatzaile bakoitzak gertuen duen behatzailearekiko distantzia neurtuko du eta kate osoaren luzeera, ondoz ondoko behatzaileen arteko distantzien batuketa, distantzia propio totala izango da.[7]

Garrantzitsua da zentzu kosmologikoan distantzia kohigikor zein propioaren definiziorako behatzaile guztiek adin kosmologiko bera izatea. Izan ere, bi punturen arteko distantzia lerrozuzen edo espazioko geodesika batean zehar neurtuz gero, bi puntuen artean kokatutako behatzaileek adin kosmologiko ezberdinak izango lituzkete geodesikaren bideak haien mundu-lerroak gurutzatzean, eta beraz geodesika honetan zeharreko distantzia kalkulatzean ez litzateke distantzia kohigikor edo distantzia kosmologiko propioa era egokian neurtuko. Distantzia kohigikor eta propioen kontzeptua eta erlatibitate bereziko distantziaren kontzeptua ez dira kontzeptu bera. Hau ulertzeko, kontsideratu dezagun masarik gabeko unibertso hipotetikoa, zeinetan bi distantzia motak neur daitezkeen. Masaren dentsitatea FLRW metrikan zeron finkatzen denean ('Milne unibertso' hutsa), metrika hau idazteko erabilitako koordenatu-sistema kosmologikoa koordenatu-sistema ez-inertzial bihurtzen da erlatibitate bereziaren Minkowskiren espazio-denboran, non Minkowskiren denbora propio konstanteko azalerak hiperbola bezala agertzen diren Minkowskiren diagraman, erreferentzia-sistema inertzial baten ikuspuntutik.[8] Kasu honetan, denbora-koordenatu kosmologikoaren arabera aldiberekoak diren bi gertaera izanik, distantzia propio kosmologikoaren balioa ez da bi gertaera hauen arteko luzeera propioarekiko berdina,[9] Minkowskiren diagramako bi gertaeren arteko lerrozuzenean zeharreko distantzia soilik izango litzatekeena (eta lerrozuzena geodesika izango litzateke Minkowskiren espazio-denbora lauan), edo bi gertaeren arteko koordenatu-distantzia aldiberekoak diren sistema inertzialean.

Distantzia propioaren aldaketa berau neurtu deneko denbora-tarte kosmologikoaz zatituz (edo denbora kosmologikoarekiko distantzia propioaren deribatua hartuz) eta hau "abiadura" izendatuz, orduan eratorritako galaxien edo queasarren "abiadurak" c argiaren abiadura baino balio handiagokoak izan daitezke. Espantsio superluminiko hau bateragarria da erlatibitate berezi edo orokorrarekin eta kosmologia fisikoko definizioekin. Argiak ere ez du c "abiadura" zentzu honetan; objektu baten abiadura totala   batuketaz adieraz daiteke, non   atzerapen-abiadura den, unibertsoaren hedapenaren ondoriozkoa (Hubble-en legeak emana) eta   abiadura propioa den, behatzaile lokalek neurtua (  eta   izanik), argiaren kasurako   c izango da (-c argia gure jatorrizko kokapenerantz bidaltzen bada eta +c beste alderantz bidaltzen bada) baina   abiadura totala orokorrean ez da c izango.[2] Erlatibitate berezian ere argiaren abiaduraren koordenatua c izango dela bermatzen da erreferentzia-sistema inertzialean; erreferentzia-sistema ez-inertzialean ezberdina izan daiteke.[10] Erlatibitate orokorrean ez dago espazio-denbora kurbatuaren eremu handi baten "inertziala" den koordenatu-sistemarik, baina edozein punturen inguru lokalean "erreferentzia-sistema inertzial lokal" bat defini daiteke, zeinetan argiaren abiadura lokala c den[11] eta izarrak edo galaxiak bezalako masa handiko objektuek c baino txikiagoa den abiadura lokala duten. Urruneko objektuen abiadurak definitzeko erabilitako definizio kosmologikoak koordenatuen menpekoak dira, ez dago koordenatuekiko independentea den bi urruneko objekturen arteko abiaduraren definiziorik erlatibitate orokorrean.[12] Unibertsoaren hedapena argiaren abiaduraren gainetik modu egokienean nola deskribatzea eta ezagutaraztea eztabaidagarria izan da. Ikuspegietako bat Davis eta Lineweaverrek aurkezten dute.[2]

Distantzia laburrak vs. distantzia luzeakAldatu

Distantzia labur eta bidaia laburretan, unibertsoaren hedapenaren eragina baztertua izan daiteke. Izan ere, artikula mugikor ez-erlatibista batentzat, edozein bi punturen artean bidaiatzeko beharrezko denbora bi puntu horien arteko distantzia propioa (hau da, distantzia kohigikorra momentu horretako unibertsoaren eskala-faktorea erabilita) eta partikularen abiaduraren arteko zaiketa besterik ez da izango. Partikula abiadura erlatibistan mugitzen ari bada, denboraren zabalkintzarako zuzenketa erlatibistak egin behar izango dira.

ErreferentziakAldatu

  1. Aguirregabiria, Juan Mari. (2017ko argitalpena). Grabitazioa eta Kosmologia. Euskal Herriko Unibertsitatea, 186-194 or. ISBN 978-84-9860-710-9..
  2. a b c d (Ingelesez) Davis, Tamara M.; Lineweaver, Charles H.. (2004). «Expanding Confusion: Common Misconceptions of Cosmological Horizons and the Superluminal Expansion of the Universe» Publications of the Astronomical Society of Australia 21 (1): 97–109. doi:10.1071/AS03040. ISSN 1323-3580. (Noiz kontsultatua: 2022-04-16).
  3. Roos, Matts. (2015). Introduction to cosmology. Wiley, 37 or. ISBN 978-1-118-92329-0. PMC 911200391. (Noiz kontsultatua: 2022-04-16).
  4. Webb, Stephen. (1999). Measuring the universe : the cosmological distance ladder. Springer, 263 or. ISBN 1-85233-106-2. PMC 40397691. (Noiz kontsultatua: 2022-04-16).
  5. Lachièze-Rey, Marc. (1999). The cosmological background radiation. Cambridge University Press, 9-12 or. ISBN 0-521-05215-7. PMC 39633898. (Noiz kontsultatua: 2022-04-16).
  6. Hogg, David W.. (2000-12-15). «Distance measures in cosmology» arXiv:astro-ph/9905116: 4. (Noiz kontsultatua: 2022-04-16).
  7. (Ingelesez) Weinberg, Steven. (1972). Gravitation and Cosmology. 415 or..
  8. (Ingelesez) Steinhardt, P. J.; Mukhanov, Viatcheslav F.; Mukhanov, V. F.; Viatcheslav, Mukhanov. (2005-11-10). Physical Foundations of Cosmology. Cambridge University Press, diagrama 28 or. ISBN 978-0-521-56398-7. (Noiz kontsultatua: 2022-04-17).
  9. (Ingelesez) Wright, E. L.. (2009). «Homogeneity and Isotropy» astro.ucla.edu (Noiz kontsultatua: 2022-04-17).
  10. Petkov, Vesselin. (2009). Relativity and the nature of spacetime. (2. ed. argitaraldia) Springer, 219 or. ISBN 978-3-642-01962-3. PMC 432709475. (Noiz kontsultatua: 2022-04-17).
  11. Raine, Derek J.. (2001). An introduction to the science of cosmology. Institute of Physics Pub, 94 or. ISBN 0-7503-0405-7. PMC 46908453. (Noiz kontsultatua: 2022-04-17).
  12. (Ingelesez) J. Baez eta E. Bunn. (2006). «Preliminaries» math.ucr.edu (University of California) (Noiz kontsultatua: 2022-04-17).

Ikus, gaineraAldatu

BibliografiaAldatu

Kanpo estekakAldatu