La Ley de Hubble y la Expansión del UniversoLa Ley de Hubble y la Expansión del UniversoActividad Práctica

AN-111 Introducción a La AstronomíaI Período Académico 2011

Observatorio Astronómico Centroamericano de SuyapaUniversidad Nacional Autónoma de Honduras

YSCR/MCPC_Mayo 2011

OBJETIVOS:

Al terminar esta actividad el estudiante será capaz de:

• Entender el significado de realizar observaciones de corrimiento al rojo.

• Construir un Diagrama de Hubble.

• Determinar la rapidez de expansión del universo y subsecuentemente su edad.

MATERIALES Y EQUIPOS:

- Una computadora personal en la que se ha instalado la Actividad Practica HubLab.EXE de CLEA.

- Un cuaderno y un lápiz para la toma de datos en las “Hojas de Datos y Reporte de Actividad”.

- Una hoja de papel milimetrado (opcional).

- Calculadora de bolsillo u hoja de Excel.

COMA 1

TOMA DE DATOS

Paso Uno: Recolectando los datos (Durante la Actividad Práctica)

Para cada una de las 5 galaxias observadas, complete los datos que se le piden en la Tabla 1. Anote los valores de las longitudes de onda de las líneas CaII H y K en la Tabla 2.

Tabla 1: Registro de Observaciones

Tabla 2: Determinación de Velocidades

BOOTES 1

CORONA BOREALIS 1

UMA I - 1

UMA II - 1

CÁLCULOS Y ANALISIS

Paso Dos: Determinando la Velocidad (Después de la Actividad Práctica)

Luego, utilizando la Ecuación 1 que aparece en el paso 5 de la Guía, calcule las respectivas velocidades (vK y vH). Promedie estos dos los

valores y anote el resultado en la Tabla 2.

Para facilitar los cálculos escribiremos la ecuación para calcular la velocidad de recesión en la siguiente forma: v = (λ/λ0 – 1) c.

Para obtener el valor de vK divida la columna (2) entre la

columna (3), réstele 1 a este valor, y finalmente multiplique por 3 x 105 km/s. El resultado se coloca en la columna (4) de la “Tabla 2: Determinación de Velocidades”.

Para obtener el valor de vH divida la columna (5) entre la

columna (6), réstele 1 a este valor, y finalmente multiplique por 3 x 105 km/s. El resultado se coloca en la columna (7) de la Tabla 2: Determinación de Velocidades.

El valor de vave lo encontramos sumando las columnas (4) y

(7) y dividiendo el resultado entre 2 (esto es, vave = (vK +

vH) / 2.

Tabla 2: Determinación de Velocidades

Paso Tres: Calculando las Distancias

En la Tabla 3: Determinación de Distancias, copie nuevamente los valores de la magnitud aparente de las galaxias estudiadas (Ver Tabla 1). Utilizando la Ecuación 2 (ver abajo) calcule la Distancia en pc y anote los valores en la Tabla 3. Cambie estos valores a Mpc, y anótelos también en la Tabla 3 (para convertir a megapársecs, divida el resultado entre 1,000,000).

d = 10 (m-M+5)/5 (Ecuación 2)

Tabla 3: Determinación de Distancias

Nombre del Campo Magnitud Absoluta

(M) Magnitud Aparente

(m) Distancia

[pc] Distancia

[Mpc]

Bootes1 -22

Coma1 -22

Cr Br1 -22

Uma I-1 -22

Uma II-1 -22

Paso Cuatro: Creando nuestro Diagrama de Hubble

En el Grafico 1: Diagrama de Hubble, grafique la velocidad de recesión, v (es decir, su vave), en km/s, versus las distancia, d, en

Mpc, para las 5 galaxias para las que recolectó los datos. Marque los puntos sobre la grafica con los nombres de los campos.

Resultados del Diagrama de Hubble

Constante de Hubble, Ho:

- Ho de la línea de mejor ajuste: ______________

- La edad del Universo (1/ Ho) es:_______________

- ¿Cómo se compara este resultado con las estimaciones actuales de Ho?

Gráfico 1: El Diagrama de Hubble

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

0 100 200 300 400 500 600 700 800

Dista ncia (M pc)

Ve

loc

ida

d d

e r

ec

esi

ón

(k

m/s

)

Edad y Tamaño del Universo Observable

1. En primer lugar, ¿qué es lo que universo observable significa? Simplemente quiere decir que es la parte del universo que podemos ver. Los límites del universo observable pueden ser definidos (al menos para nuestros propósitos aquí) como la distancia donde las galaxias están alejándose de nosotros a la velocidad de la luz, c. Las galaxias que están mas alejadas están viajando mas rápido que la velocidad de la luz –vía la Ley de Hubble—así que nunca seremos capaces de verlas. Ellas han pasado los límites de nuestro universo observable. Con la definición anterior para los límites del universo observable (es decir, en la velocidad de recesión c), ¿cuál es el radio del universo observable?Exprese su respuesta tanto en Mpc como en años luz (1 pc = 3.26 años luz).

2. ¿Puede una galaxia tener un corrimiento hacia el azul en un universo en expansión? ¿Cómo? ¿Cuál galaxia sería más probable que tuviera un corrimiento hacia el azul? (Ayuda: usted puede escoger una galaxia que no esta incluida en los cinco campos a los que ha mirado).

3. ¿Cuáles son los dos valores que usted tiene que conocer para derivar la constante de Hubble? ¿Qué suposiciones tiene que hacer para calcular estas cosas? ¿Piensa usted que estas suposiciones son válidas? ¿Por qué? ¿Por qué no?

Nota: Esta Actividad Práctica se ha adaptado del Laboratorio CLEA, disponible vía Internet en la siguiente dirección de internet: http://www.gettysburg.edu/academics/physics/clea/CLEAhome.html