Космологическое красное смещение

Космологическое (метагалактическое) красное смещение — наблюдаемое для всех далёких источников (галактики, квазары) понижение частот излучения, свидетельствующее об удалении этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, т.е. о нестационарности (расширении) Метагалактики.


История обнаружения

Красное смещение для галактик было обнаружено американским астрономом В. Слайфером в 1912-14; в 1929 Э. Хаббл открыл, что красное смещение для далёких галактик больше, чем для близких, и возрастает приблизительно пропорционально расстоянию (закон красного смещения, или закон Хаббла).

Предлагались различные объяснения наблюдаемого смещения спектральных линий. Такова, например, гипотеза о распаде световых квантов за время, составляющее миллионы и миллиарды лет, в течение которого свет далёких источников достигает земного наблюдателя; согласно этой гипотезе, при распаде уменьшается энергия, с чем связано и изменение частоты излучения. Однако эта гипотеза не подтверждается наблюдениями. В частности, красное смещение в разных участках спектра одного и того же источника, в рамках гипотезы, должно быть различным.

Между тем все данные наблюдений свидетельствуют о том, что красное смещение не зависит от частоты, относительное изменение частоты z = \frac{n_{0} - n}{n_{0}} совершенно одинаково для всех частот излучения не только в оптическом, но и в радиодиапазоне данного источника (n0 - частота некоторой линии спектра источника, n - частота той же линии, регистрируемая приёмником; n<n0). Такое изменение частоты - характерное свойство доплеровского смещения и фактически исключает все другие истолкования красного смещения.

Теория

В теории относительности доплеровское красное смещение рассматривается как результат замедления течения времени в движущейся системе отсчёта (эффект специальной теории относительности). Если скорость системы источника относительно системы приёмника составляет v (в случае метагалактического красного смещения v - это лучевая скорость), то

z = \sqrt{\frac{v+c}{c - v} - 1}

(c - скорость света в вакууме) и по наблюдаемому красному смещению легко определить лучевую скорость источника:

v = c\cdot\frac{(1+z)^{2} - 1}{(1+z)^{2} + 1}

Из этого уравнения следует, что при z \to \infty скорость v приближается к скорости света, оставаясь всегда меньше её (v < с). При скорости v, намного меньшей скорости света (v << с), формула упрощается: v \approx cz. Закон Хаббла в этом случае записывается в форме v = cz = Hr (r - расстояние, Н - постоянная Хаббла). Для определения расстояний до внегалактических объектов по этой формуле нужно знать численное значение постоянной Хаббла Н. Знание этой постоянной очень важно и для космологии: с ней связан так называвемый возраст Вселенной.

Измерение внегалактических расстояний

Вплоть до 50-х гг. 20 века внегалактические расстояния (измерение которых связано, естественно, с большими трудностями) сильно занижались, в связи с чем значение Н, определённое по этим расстояниям, получилось сильно завышенным. В начале 70-х гг. 20 века для постоянной Хаббла было принято значение Н = 53,5 (км/сек)/Мпк, обратная величина Т = 1/Н = 18 млрд. лет. По результатам последних наблюдений в 2005 году значение Н принято равным (72±3) (км/сек)/Мпк.

Фотографирование спектров слабых (далёких) источников для измерения красного смещения, даже при использовании наиболее крупных инструментов и чувствительных фотопластинок, требует благоприятных условий наблюдений и длительных экспозиций. Для галактик уверенно измеряются смещения z = 0,2, соответствующие скорости u = 60000 км/сек и расстоянию свыше 1 млрд. пс. При таких скоростях и расстояниях закон Хаббла применим в простейшей форме (погрешность порядка 10%, т.е. такая же, как погрешность определения Н). Квазары в среднем в сто раз ярче галактик и, следовательно, могут наблюдаться на расстояниях в десять раз больших (если пространство евклидово). Для квазаров действительно регистрируются z = 2 и больше. При смещениях z = 2 скорость u = 0,8 * с = 240000 км/сек. При таких скоростях уже сказываются специфические космологические эффекты - нестационарность и кривизна пространства-времени; в частности, становится неприменимым понятие единого однозначного расстояния (одно из расстояний - расстояние по красному смещению - составляет здесь, очевидно, r = v/H = 4,5 млрд. пс). Красное смещение свидетельствует о расширении всей доступной наблюдениям части Вселенной; это явление обычно называется расширением (астрономической) Вселенной.

 
Начальная страница  » 
А Б В Г Д Е Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ы Э Ю Я
A B C D E F G H I J K L M N O P Q R S T U V W X Y Z
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Home