חוק האבל

חוק האבל או חוק האבל-למטר הוא חוק באסטרופיזיקה ובקוסמולוגיה הקשור לקצב ההתפשטות של היקום, בהתאם לתאוריית המפץ הגדול. ערכו של קבוע האבל, כפי שנמדד על ידי טלסקופ החלל פלאנק של סוכנות החלל האירופית ופורסם ב-21 במרץ 2013 הוא 67.11 קילומטר לשנייה, למיליון פרסק. על פי זה, יחד עם משוואות פרידמן המתארות את השתנות ערכו של קבוע האבל במהלך ההיסטוריה של היקום, מחושב גיל היקום ל-13.819 מיליארד שנים.

ערך זה עוסק בחוק אסטרופיזיקלי שניסח אדווין האבל ושנקרא על שמו. אם התכוונתם לחמשת שלבי האבל, ראו מודל קובלר-רוס.

החוק קרוי על-שמו של האסטרונום אדווין האבל שעל פי תצפיותיו בגלקסיות רחוקות בסוף שנות העשרים של המאה ה-20 התברר כי היקום מתפשט. האבל זיהה בספקטרום של גלקסיות רחוקות הסחה לאדום המלמדת על התרחקותן מאיתנו, אם נניח שהיא נובעת ממתיחת אורכי הגל של גלים אלקטרומגנטיים העושים את דרכם מהן אלינו במרחב מתפשט. האבל אסף נתונים המראים שזוהי תופעה כללית, שממנה נובע על פי הפרשנות המקובלת כי כמעט כל הגלקסיות הנצפות אכן מתרחקות מגלקסיית שביל החלב. יתרה מזו, הוא גילה כי מהירות ההתרחקות עומדת ביחס ישר למרחקה של הגלקסיה מאיתנו. גלקסיה רחוקה פי שניים מתרחקת במהירות גדולה פי שניים; גלקסיה רחוקה פי עשרה מתרחקת במהירות גדולה פי עשרה.

ונדי פרידמן הובילה צוות של 30 אסטרונומים שמטרתו הייתה לחשב את קבוע האבל. ב-2001 הם פרסמו את תוצאת המחקר לחישוב האבל 72 עם מרווח טעות של 10%. ב-2017 צוות בראשות אדם ריס מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס עדכן את קבוע האבל ל-73 עם מרווח טעות של 2.4% בלבד^[1].

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 פרסק^[2]. דהיינו, גלקסיה המרוחקת מאתנו כמאה מיליון פארסק, או 326 מיליון שנות אור בקירוב, 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-13.82 מיליארד שנה.

הקושי בהערכת הקבוע נובע מהקושי להעריך את מרחקה האמיתי של גלקסיה מאיתנו. הערכות כאלה מבוססות על עוצמת הקרינה של הגלקסיה ושל עצמים בולטים בתוכה, כגון משתנים קפאידיים וסופרנובות. כמו כן קשה להעריך את חלקן היחסי של הסחות דופלר הנובעות מתנועות פקולריות (תנועות של גלקסיות בהשפעת כוחות כבידה מקומיים) בתוך ההסחה לאדום הנמדדת.

התלות של מהירות ההתרחקות במרחקה של הגלקסיה היא ראיה להתפשטות של המרחב עצמו וגילוי התופעה היה בבחינת הוכחה משמעותית ראשונה למודל של הולדת היקום באירוע מסוג המפץ הגדול.

השיטות להערכת גיל היקום מתבססות רובן ככולן על אומדנים של הקבוע של האבל, ומקנות משנה חשיבות להערכה מדויקת של קבוע יסודי זה. ניסיונות 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.

טלסקופ החלל פלאנק מדד במשך 4 שנים בפרטי פרטים את הקרינה הקוסמית. הנתונים שפורסמו במרץ 2013 על ידי חוקרים של סוכנות החלל האירופית הראו כי ערכו של קבוע האבל הוא 67.11 קילומטר בשנייה למיליון פרסק.

העצם המרוחק ביותר שהתגלה עד כה ביקום הוא HD1 (גלקסיה), שהתגלתה בשנת 2022 על ידי אסטרונומים מאוניברסיטת טוקיו, במרחק של כ-13.5 מיליארד שנות אור.

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.

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.