Redshift - Lexicon de astronomie

Lexicon de astronomie: Redshift

În general, acest termen înseamnă o deplasare a liniilor spectrale (sau a componentelor spectrale) către capătul roșu al spectrului.

schimbare cosmologică la roșu

În special, acest termen înseamnă o cantitate astrofizică importantă în cosmologie: deplasare cosmologică la roșu z (engl. tura roșie). De multe ori înlocuiește asta Indicarea distanțelor, deoarece z este mai ușor de determinat decât distanța reală de obiectul cosmologic (de obicei o galaxie). Distanța urmează doar cu legea lui Hubble sau (pentru distanțe mai mari) cu un model cosmologic precum modelele lumii Friedmann. Cu cât este mai mare deplasarea spre roșu, cu atât este mai mare distanța obiectului.
Deplasarea cosmologică la roșu este, de asemenea, o măsură a acestui fapt Vârstă a unui obiect cosmic: cu cât este mai mare deplasarea spre roșu, cu atât obiectul era mai devreme prezent în cosmos. Acest lucru se datorează faptului că vederea spre cer este, în principiu, o privire asupra trecutului: lumina, sau mai general vorbind despre radiația obiectelor cerești, are nevoie de un anumit timp pentru a ajunge pe pământ din cauza vitezei vidului luminii In cele din urma este.

definiție

Dacă emisia unei surse este observată la o anumită lungime de undă, deplasarea spre roșu este în general definită ca fiind coeficientul diferenței dintre lungimea de undă din sistemul observator (index obs) și cele din sistemul emițătorului (index em) peste lungimea de undă din sistemul emițătorului (vezi ecuația din dreapta).

Legea Hubble

Edwin Hubble a reușit să demonstreze în 1929 că multe galaxii îndepărtate fug: se îndepărtează de noi. Deși Hubble a examinat doar 18 galaxii, acest rezultat a fost confirmat pe măsură ce numărul a crescut. Această conexiune a intrat în cosmografie ca efect Hubble. Legea lui Hubble arată una relație liniară între redshift z și distanță D. cu o constantă de proporționalitate, constanta Hubble H0. Cu toate acestea, liniaritatea este valabilă numai în universul apropiat, și anume până la o distanță maximă de 400 Mpc sau z mai puțin de 0,1. Pentru obiectele care se află mai departe, liniaritatea se descompune. Mai general, este H (fără index 0!) în jurul Parametrii Hubble, dependent de timp este.

Exemplu: Quasar 3C 273

De exemplu, cel mai strălucit quasar numit 3C 273 are o schimbare cosmologică de roșu de z = 0,158. Deși este chiar deasupra domeniului de aplicare al Legii Hubble, dacă se încearcă, rezultatul este o distanță de 658 Mpc sau 2,14 miliarde de ani lumină. Aceasta este o distanță enormă nu numai pentru profanul pământesc, ci și pentru standardele cosmologice. Radiația care ne ajunge astăzi de la 3C 273 a fost emisă acolo când pământul era cam pe jumătate cât este în prezent.

Motivul: cosmosul se extinde!

Cauza schimbării cosmologice spre roșu este expansiunea cosmică a universului. Cosmosul ca întreg poate fi descris în cosmologia relativistă ca spațiu-timp. Dinamica acestei varietăți cu patru dimensiuni este supusă legilor relativității generale, ecuațiilor tensorului câmpului Einstein.
În primele zile ale cosmologiei relativiste, s-au găsit universuri fără materie care camere de-scaune. Desigur, acest univers este Nu realizat în natură deoarece universul observat este plin de materie sau, în general vorbind, de energie. Universele pline de materie au fost dezvoltate ulterior. Mai ales Camere Robertson-Walker (H.P. Robertson 1935, A.G. cadru de mers 1936) au o mare importanță până în prezent. Ele formează baza spațio-temporală (elementul de linie) pentru modelele lumii Friedmann care rezultă din aplicarea acestei metrice Robertson-Walker la ecuațiile de câmp.

Există multe schimbări de roșu!

Redshift-ul observat al unei surse este alcătuit din diverse efecte. Contribuția cosmologică este cea deja discutată datorită expansiunii spațiului-timp a universului. Există, de asemenea, postări care vizează efecte locale bazat, cum ar fi o mișcare. Această schimbare a spectrului se explică prin efectul Doppler, care este cunoscut mai ales pentru undele acustice. Același lucru se aplică undelor electromagnetice: Deoarece emițătorul se mișcă de-a lungul liniei de vedere în raport cu observatorul, există o „întindere” a undelor electromagnetice în cazul unei mișcări îndepărtate de observator; Dacă sursa se deplasează spre observator, trenurile de undă sunt „comprimate” și există o schimbare albastră. Extinderea schimbării depinde de dimensiunea Viteza radială adică componenta de viteză proiectată de-a lungul liniei de vedere. Este un efect pur cinematic, clasic. Galaxia Andromeda din apropiere (M31, NGC 224), care este situată cu Calea Lactee în grupul local, se deplasează spre Calea Lactee și este schimbată în albastru.

Blue Shift & Red Shift Factor

Dacă se vorbește despre redshift, nu trebuie să ascundă termenul complementar de blueshift: aici există o trecere la celălalt capăt al spectrului cu undă scurtă sau cu energie ridicată. Ecuația redshift arătată mai sus z arată că este reciprocul factorului de deplasare spre roșu (factorul g) G minus 1 este. factor z + 1 este (dacă z schimbarea cosmologică la roșu înseamnă) doar una Măsurarea întinderii universului: un obiect la z = 1 este situat într-un univers care era la doar jumătate din dimensiunea universului local de astăzi la z = 0; un obiect la z = 2 se află într-un univers care este doar o treime la fel de mare ca universul nostru local etc.

Problemă cu conservarea energiei? Nu!

Schimbările de roșu și albastru reprezintă o altă problemă de înțelegere: Unde este energia radiației, dacă de ex fotonul puternic redshifted al unei galaxii îndepărtate ajunge pe pământ? Nu-ți face griji Legea privind conservarea energiei devine Nu rănit. Se poate compara energia din sistemul de referință al galaxiei cu cea din sistemul de referință al Pământului, dacă se ia în considerare și faptul că universul pătrunde în galaxie în momentul emiterii fotonului alte Universul era ca atunci când fotonul a sosit pe pământ! Pentru a fi precis, cele două sisteme de referință diferă în ceea ce privește factorul de scară R (t), de asemenea Raza lumii numit. „Fotonii cosmologici cu schimbare roșie” sunt similari cu „fotonii gravitaționali cu schimbare roșie” într-un câmp gravitațional. Deoarece energia radiației este pierdută în ambele cazuri în spațiu-timp (dinamic sau curbat). Redshift-ul cosmologic și redus-ul gravitațional sunt efecte pur geometrice.
Cu toate acestea, reflectă și asta Relativitatea de Observatorul se reflectă în el, deoarece joacă un rol în cadrul de referință în care se află.

Timpul cosmic

Redshiftul cosmologic z poate fi derivat foarte ușor din observațiile spectrelor. Dacă sunteți interesat de vechimea obiectului în cauză cu o anumită deplasare la roșu, aveți nevoie de un model cosmologic. Din observarea radiației cosmice de fond, se derivă un set de parametri cosmologici care descriu foarte bine universul nostru. Acești parametri includ proporția de energie întunecată, proporția materiei întunecate și baryonice, parametrii Hubble și parametrii de curbură. Dacă îl cunoașteți, puteți atribui o vârstă unui redshift timpul cosmic (engl. timpul cosmic) se numește. Timpul cosmic corespunde epocii universului de la Big Bang. Poate fi extras din ecuațiile Friedmann și arată o dependență de parametrii cosmologici.

Diagrama de mai sus arată relația dintre redshift și vârsta universului sub formă de grafic. La z = 0 este universul local, adică împrejurimile noastre imediate. Un redshift z = 1100 (de nevăzut aici) marchează limita universului observabil electromagnetic. Deoarece cu această schimbare la roșu s-a produs Recombinarea. Pentru deplasările la roșu mai mari de aproximativ o mie, universul nu este transparent (optic gros), deoarece radiațiile nu pot pătrunde în plasma originală a electronilor și a protonilor. În timpul recombinării, plasma a fost suficient de rece încât un electron putea fi captat de un proton. S-a format hidrogen neutru (HI) și universul a devenit transparent la radiații (optic subțire). După cum puteți vedea în diagrama de la intrarea Recombinare, universul avea doar 400.000 de ani când a devenit transparent. Universul nostru local are deja 13,7 miliarde de ani (marginea stângă a diagramei de mai sus).

Repere în Cosmologie

Informații despre distanță de obiecte astronomice îndepărtate conțin mari incertitudini. De aceea, astronomii folosesc schimbarea cosmologică spre roșu z înapoi. Este mult mai ușor de determinat și mai puțin predispus la erori decât la distanță. Astronomii măsoară deplasările spre roșu spectroscopic (spectro-z) sau fotometric (foto-z). Iată câteva repere în cosmologie:

La z = 0 este vecinătatea cosmologică imediată, că univers local. Abia în această fază târzie s-a format cosmosul Viaţă.
La z = 1,0 începe prin definitie domeniul redshift mare Obiecte.
La z = 2,0 până la 3,0 observăm maximul abundenței quazarilor. Densitatea quasarului era cu aproximativ 1000 mai mare în aceste momente, deoarece universul era mai mic și se formau mai multe quasare.
La z = 5,0 a fost vârsta de Reionizare de heliu. Această epocă este „previzualizarea” reionizării hidrogenului.Previzualizare H') deoarece astronomii le observă la distanțe mai mici.
La z = 6,0 a fost epoca reionizării hidrogenului, prin surse de radiații intense, cu energie ridicată, primele stele (populația III). În această zonă sunt obiecte foarte îndepărtate care au fost observate: Hu și colab. (2002) găsit cu telescopul Keck II 10m în spatele clusterului 370 o galaxie numită HCM 6A. Pentru ei, o redshift de z = 6.56 poate fi derivat (hârtie: astro-ph/0203091).
Sunt incluse și cele mai îndepărtate explozii de raze gamma z

Al 6-lea.
În februarie 2004, o galaxie și mai îndepărtată a fost descoperită cu telescopul Keck într-un mod similar: galaxia în cauză este 6,6

S-ar putea să vă intereseze și: Spektrum - Die Woche: 48/2020