Redshift - Лексикон астрономії

Лексикон астрономії: Redshift

Загалом, цей термін означає зсув спектральних ліній (або спектральних компонентів) у бік червоного кінця спектра.

червоним зміщенням

космологічне червоне зміщення

Зокрема, цей термін означає важливу астрофізичну величину в космології: космологічне червоне зміщення z (англ. червоне зміщення). Це часто замінює це Вказівка ​​відстаней, оскільки z визначити легше, ніж фактичну відстань до космологічного об’єкта (зазвичай галактики). Відстань слід лише за законом Хаббла або (для більших відстаней) за космологічною моделлю, такою як моделі світу Фрідмана. Чим більше червоне зміщення, тим більша відстань від об’єкта.
Космологічне червоне зміщення також є мірою цього Вік космічного об'єкта: чим більше червоне зміщення, тим раніше об'єкт вже був у космосі. Це тому, що погляд на небо в принципі - погляд у минуле: світлу, або, загальніше кажучи, випромінюванню небесних об’єктів, потрібен певний час, щоб прибути на землю через вакуумну швидкість світла Нарешті є.

визначення

Якщо спостерігати випромінювання джерела на певній довжині хвилі, червоний зсув зазвичай визначається як частка різниці між довжиною хвилі в системі спостерігача (індекс обс) та в системі випромінювачів (індекс ем) над довжиною хвилі в емітерній системі (див. рівняння праворуч).

Закон Хаббла

Едвін Хаббл вдалося довести в 1929 р., що багато далеких галактик тікають: вони віддаляються від нас. Хоча Хаббл дослідив лише 18 галактик, цей результат підтвердився, оскільки їх кількість зросла. Цей зв’язок увійшов у космографію як ефект Хаббла. Закон Хаббла показує одне лінійна залежність між червоним зміщенням z та відстань Д. з константою пропорційності, константою Хаббла H0. Однак лінійність дійсна лише в ближньому Всесвіті, а саме до максимальної відстані 400 Мпк або z менше 0,1. Для об'єктів, що знаходяться далі, лінійність руйнується. В цілому це так H (без індексу 0!) навколо Параметри Хаббла, залежать від часу є.

Приклад: Quasar 3C 273

Наприклад, найяскравіший квазар під назвою 3C 273 має космологічне червоне зміщення z = 0,158. Хоча це трохи вище діапазону дійсності закону Хаббла, якщо спробувати, результатом буде відстань 658 Мпк або 2,14 млрд світлових років. Це величезна відстань не лише для земного неспеціаліста, а й для космологічних норм. Радіація, яка доходить до нас сьогодні з 3С 273, випромінювалася там, коли Земля була приблизно вдвічі меншою за сьогоднішню.

Причина: космос розширюється!

Причиною космологічного червоного зміщення є космічне розширення Всесвіту. Космос в цілому можна описати в релятивістській космології як простір-час. Динаміка цього чотиривимірного різноманіття підпорядковується законам загальної теорії відносності, тензорним рівнянням поля Ейнштейна.
У перші дні релятивістської космології були виявлені безматеріальні всесвіти кімнати для відпочинку. Звичайно, цей Всесвіт є Ні реалізується в природі, оскільки спостережуваний Всесвіт наповнений речовиною або, загалом кажучи, енергією. Заповнені речовиною всесвіти були згодом розроблені. Особливо Кімната Робертсона-Уокера (H.P. Робертсон 1935 рік, А.Г. Уокер 1936) мають велике значення донині. Вони складають просторово-часову основу (лінійний елемент) для світових моделей Фрідмана, що є результатом застосування цієї метрики Робертсона-Уокера до рівнянь поля.

Є багато червоних зсувів!

Спостережуване червоне зміщення джерела складається з різних ефектів. Космологічний внесок - це вже обговорюваний внаслідок розширення простору-часу Всесвіт. Є також дописи, які націлені місцеві ефекти на основі, наприклад, руху. Цей зсув у спектрі пояснюється Доплерівський ефект, що особливо відомо акустичними хвилями. Те саме стосується електромагнітних хвиль: оскільки випромінювач рухається вздовж прямої видимості по відношенню до спостерігача, відбувається «розтягування» електромагнітних хвиль у разі відходу від спостерігача, це відповідає червоному зміщенню. Якщо джерело рухається до спостерігача, хвильові поїзди 'стискаються' і відбувається синій зсув. Ступінь зрушення залежить від розміру Радіальна швидкість тобто складова швидкості, що проектується вздовж прямої видимості. Це суто кінематичний, класичний ефект. Сусідня галактика Андромеда (M31, NGC 224), яка знаходиться в Місцевій групі з Чумацьким Шляхом, рухається до Чумацького Шляху і зміщена в синій колір.

Синій зсув та червоний коефіцієнт зсуву

Якщо говорити про червоне зміщення, не слід приховувати додатковий термін блюзового зміщення: тут відбувається перехід до іншого, короткохвильового або високоенергетичного кінця спектра. Рівняння червоного зміщення, показане вище z показує, що це взаємність коефіцієнта червоного зсуву (g-фактор) G мінус 1 є. фактор z + 1 є (якщо z космологічне червоне зміщення означає) лише одне Міра міри всесвіту: об’єкт в z = 1 знаходиться у Всесвіті, який був удвічі меншим за сьогоднішній локальний Всесвіт z = 0; об'єкт в z = 2 - у Всесвіті, який лише на третину більший за наш локальний Всесвіт тощо.

Проблема із збереженням енергії? Ні!

Червоний та синій зсуви створюють ще одну проблему розуміння: де енергія випромінювання, коли, наприклад, сильно зміщений червоним кольором фотон з далекої галактики прибуває на землю? Не хвилюйся Закон збереження енергії стає Ні поранений. Можна порівняти енергію в системі відліку галактики з енергією в системі відліку Землі, якщо взяти до уваги також те, що Всесвіт потрапляє в галактику під час випромінювання фотона інший Всесвіт був таким, як коли фотон прибув на землю! Точніше кажучи, дві системи відліку відрізняються масштабним коефіцієнтом R (t), також Світ радіус зателефонував. "Космологічні фотони зі зміщеним червоним кольором" схожі на "гравітаційні фотони зі зміщеним червоним кольором" у гравітаційному полі. Оскільки енергія випромінювання в обох випадках втрачається до (динамічного або криволінійного) простору-часу. Космологічне червоне зміщення та гравітаційне червоне зміщення - суто геометричні ефекти.
Однак це також відображає це Відносність Спостерігач відображається в ньому, оскільки він відіграє роль, в якій системі відліку це знаходиться.

Космічний час

Космологічне червоне зміщення z можна легко отримати з спостережень за спектрами. Якщо вас цікавить, скільки років даному об’єкту з даним червоним зміщенням, вам потрібна космологічна модель. З спостереження за космічним фоновим випромінюванням отримано набір космологічних параметрів, який дуже добре описує наш Всесвіт. Ці параметри включають частку темної енергії, частку темної та баріонової речовин, параметри Хаббла та параметри кривизни. Якщо ви це знаєте, ви можете призначити вік червоному зміщенню космічний час (англ. космічний час) називається. Космічний час відповідає віку Всесвіту з часів Великого Вибуху. Він може бути виділений з рівнянь Фрідмана і показує залежність від космологічних параметрів.

На діаграмі вище показано графік взаємозв’язку між червоним зміщенням та віком Всесвіту. В z = 0 - це локальний Всесвіт, тобто наше найближче оточення. Червоний зсув z = 1100 (цього не видно) позначає межу електромагнітно спостережуваного Всесвіту. Тому що з цим червоним зміщенням сталося Рекомбінація. Для червоних зсувів, що перевищують приблизно тисячу, Всесвіт не є прозорим (оптично товстий), оскільки випромінювання не може проникнути у вихідну плазму електронів і протонів. Під час рекомбінації плазма була досить прохолодною, щоб один електрон міг захопити один протон. Утворився нейтральний водень (HI), і Всесвіт став прозорим для випромінювання (оптично тонкий). Як ви можете бачити на схемі під записом "Рекомбінація", коли Всесвіту стало приблизно 400 000 років, коли він став прозорим. Нашому локальному Всесвіту вже 13,7 мільярда років (лівий край діаграми вище).

Віхи в космології

Інформація про відстань далеких, астрономічних об'єктів містять велику невизначеність. Ось чому астрономи використовують космологічне червоне зміщення z назад. Це набагато легше визначити і менш схильне до помилок, ніж відстань. Астрономи вимірюють червоні зміщення спектроскопічно (спектро-z) або фотометричні (фото-z). Ось декілька віх у космології:

  • В z = 0 є безпосереднім космологічним сусідством, тобто локальний Всесвіт. Лише на цій пізній фазі сформувався космос Життя.
  • В z = 1,0 починається за визначенням домен високе червоне зміщення Об'єкти.
  • В z = 2,0-3,0 ми спостерігаємо максимум достатку квазарів. У цей час щільність квазарів була приблизно на 1000 вища, оскільки Всесвіт був меншим і утворювалося більше квазарів.
  • В z = 5,0 був вік Реіонізація гелію. Ця епоха є «попереднім переглядом» реіонізації водню.H попередній перегляд'), бо астрономи спостерігають їх на менших відстанях.
  • В z = 6,0 був віком реіонізації водню через інтенсивні джерела випромінювання високої енергії, перші зірки (Населення III). У цій місцевості знаходяться дуже віддалені об'єкти: Ху та ін. (2002) знайдений за допомогою 10-метрового телескопа Keck II позаду скупчення 370 галактика називається HCM 6A. Для них червоне зміщення z = Можна отримати 6,56 (папір: astro-ph/0203091).
    Також включені найдальші сплески гамма-променів z

6-й.
У лютому 2004 року ще більш далеку галактику було відкрито подібним чином за допомогою телескопа Кека: галактика, про яку йде мова, становить 6,6

Можливо, вас також зацікавить: Spektrum - Die Woche: 48/2020