Красное смещение - Redshift - Wikipedia

Эта статья об астрономическом явлении. Для использования в других целях см. Redshift (значения).

Наблюдаемая иллюстрация красного смещения вселенной

Линии абсорбции в видимый спектр из сверхскопление далеких галактик (справа) по сравнению с линиями поглощения в видимом спектре солнце (оставили). Стрелки указывают на красное смещение. Длина волны увеличивается в сторону красного и далее (частота уменьшается).

В физика, красное смещение это явление, когда электромагнитное излучение (Такие как свет ) от объекта происходит увеличение длина волны. Независимо от того, является ли излучение видимым, «красное смещение» означает увеличение длины волны, эквивалентное уменьшению волны. частота и энергия фотона, в соответствии с волной и квант теории света.

Ни излучаемый, ни воспринимаемый свет не обязательно должен быть красным; вместо этого термин относится к восприятию человеком более длинных волн как красный, который находится в разделе видимый спектр с самыми длинными волнами. Примеры красного смещения: гамма-луч воспринимается как рентгеновский снимок, или изначально видимый свет, воспринимаемый как радиоволны. Противоположность красного смещения - это синее смещение, где длины волн укорачиваются, а энергия увеличивается. Однако более распространенным термином является красное смещение, и иногда синее смещение называют отрицательным красным смещением.

В астрономии и космологии есть три основные причины красных смещений:

1. Объекты расходятся (или сближаются) в пространстве. Это пример Эффект Допплера.
2. Само пространство расширяется, в результате чего объекты разделяются, не меняя своего положения в пространстве. Это известно как космологический красное смещение. Все достаточно удаленные источники света (обычно более нескольких миллионов световых лет вдали) показывают красное смещение, соответствующее скорости увеличения расстояния от Земли, известное как Закон Хаббла.
3. Гравитационное красное смещение это релятивистский эффект наблюдается из-за сильного гравитационные поля, которые искажают пространство-время и воздействовать на свет и другие частицы.

Знания о красных смещениях и голубых смещениях использовались для разработки нескольких наземных технологий, таких как Доплеровский радар и радарные пушки.^[1] Красные смещения также видны в спектроскопический наблюдения за астрономический объекты.^[2] Его значение представлено буквой z.

А особый релятивистский формула красного смещения (и это классическое приближение ) может использоваться для расчета красного смещения ближайшего объекта, когда пространство-время является плоский. Однако во многих контекстах, например черные дыры и Большой взрыв космологии, красные смещения должны быть рассчитаны с использованием общая теория относительности.^[3] Особые релятивистские, гравитационные и космологические красные смещения можно понять под эгидой законы преобразования кадра. Существуют и другие физические процессы, которые могут привести к сдвигу частоты электромагнитного излучения, в том числе: рассеяние и оптические эффекты; однако возникающие в результате изменения отличаются от истинного красного смещения и обычно не упоминаются как таковые (см. физическая оптика и перенос излучения ).

Красное смещение и синее смещение

История

История предмета началась с развития в XIX веке. волна механика и исследование явлений, связанных с Эффект Допплера. Эффект назван в честь Кристиан Доплер, который предложил первое известное физическое объяснение явления в 1842 году.^[4] Гипотеза была проверена и подтверждена для звуковые волны посредством нидерландский язык ученый Христофор покупает бюллетень в 1845 г.^[5] Доплер правильно предсказал, что явление должно применяться ко всем волнам, и, в частности, предположил, что изменяющиеся цвета из звезды можно объяснить их движением относительно Земли.^[6] Однако до того, как это было подтверждено, было обнаружено, что звездные цвета в первую очередь обусловлены ее цветовой составляющей. температура, а не движение. Лишь позже доплер был подтвержден подтвержденными наблюдениями за красным смещением.

Первое доплеровское красное смещение было описано французским физиком. Ипполит Физо в 1848 г., указав на сдвиг в спектральные линии наблюдаемые в звездах как результат эффекта Доплера. Эффект иногда называют «эффектом Доплера – Физо». В 1868 г. британский астроном Уильям Хаггинс был первым, кто определил этим методом скорость звезды, удаляющейся от Земли.^[7] В 1871 году оптическое красное смещение было подтверждено, когда это явление наблюдалось в Линии фраунгофера используя вращение Солнца, около 0,1 Å в красном.^[8] В 1887 году Фогель и Шайнер открыли годовой эффект Доплера, годовое изменение доплеровского смещения звезд, расположенных вблизи эклиптики, из-за орбитальной скорости Земли.^[9] В 1901 г. Аристарх Белопольский проверенное оптическое красное смещение в лаборатории с помощью системы вращающихся зеркал.^[10]

Самое раннее появление термина красное смещение в печати (в этой форме через дефис) кажется, что американский астроном Уолтер С. Адамс в 1908 г., в котором он упоминает «Два метода исследования природы красного смещения туманностей».^[11] Слово не появлялось без дефиса примерно до 1934 г. Виллем де Ситтер, возможно, указывая на то, что до этого момента его немецкий эквивалент, Rotverschiebung, использовался чаще.^[12]

Начиная с наблюдений 1912 г., Весто Слайфер обнаружил, что большинство спиральные галактики, тогда в основном думали, что это спиральные туманности, имел значительные красные смещения. Слайфер впервые сообщает о своих измерениях в первом томе Обсерватория Лоуэлла Бюллетень.^[13] Через три года он написал рецензию в журнал Популярная астрономия.^[14] В нем он заявляет, что «раннее открытие того, что великая спираль Андромеды имела совершенно исключительную скорость –300 км (/ с), показало доступные в то время средства, способные исследовать не только спектры спиралей, но и их скорости».^[15] Слайфер сообщил скорости 15 спиральных туманностей, разбросанных по всей территории. небесная сфера, все, кроме трех, имеют наблюдаемые "положительные" (то есть обратные) скорости. Впоследствии Эдвин Хаббл обнаружили приблизительную связь между красными смещениями таких «туманностей» и расстояния им с формулировкой его одноименного Закон Хаббла.^[16] Эти наблюдения подтвердили Александр Фридманн работа 1922 года, в которой он извлек Уравнения Фридмана – Лемэтра.^[17] Сегодня они считаются убедительным доказательством расширяющаяся вселенная и Большой взрыв теория.^[18]

Измерение, характеристика и интерпретация

Кандидаты в галактики с большим красным смещением в Хаббл сверхглубокое поле 2012^[19]

В спектр света, исходящего от источника (см. иллюстрацию идеализированного спектра вверху справа), можно измерить. Чтобы определить красное смещение, нужно искать в спектре такие особенности, как линии поглощения, эмиссионные линии, или другие изменения интенсивности света. Если они будут обнаружены, их можно будет сравнить с известными особенностями в спектре различных химических соединений, обнаруженными в экспериментах, где это соединение находится на Земле. Очень распространенный атомарный элемент в космосе водород. Спектр изначально безликого света, проходящего через водород, будет иметь спектр подписи специфичен для водорода, который имеет регулярные характеристики. Если ограничиться линиями поглощения, это будет похоже на иллюстрацию (вверху справа). Если такой же образец интервалов наблюдается в наблюдаемом спектре от удаленного источника, но происходит со смещенными длинами волн, его также можно идентифицировать как водород. Если в обоих спектрах идентифицируется одна и та же спектральная линия, но на разных длинах волн, то красное смещение можно рассчитать, используя приведенную ниже таблицу. Для определения красного смещения объекта таким образом требуется диапазон частот или длин волн. Чтобы вычислить красное смещение, нужно знать длину волны излучаемого света в системе покоя источника: другими словами, длину волны, которую может измерить наблюдатель, находящийся рядом с источником и движущийся с ним. Поскольку в астрономических приложениях это измерение не может быть выполнено напрямую, поскольку для этого потребуется путешествие к далекой интересующей звезде, вместо этого используется метод с использованием спектральных линий, описанный здесь. Красные смещения нельзя рассчитать, глядя на неидентифицированные объекты, частота покоя которых неизвестна, или на спектр, который не имеет признаков или белый шум (случайные колебания в спектре).^[20]

Красное смещение (и синее смещение) может характеризоваться относительной разницей между наблюдаемыми и излучаемыми длинами волн (или частотой) объекта. В астрономии это изменение принято обозначать с помощью безразмерная величина называется z. Если λ представляет длину волны и ж представляет частоту (примечание, λf = c куда c это скорость света ), тогда z определяется уравнениями:^[21]

Расчет красного смещения, ${\displaystyle z}$

На основе длины волны	На основе частоты
${\displaystyle z={\frac {\lambda _{\mathrm {obsv} }-\lambda _{\mathrm {emit} }}{\lambda _{\mathrm {emit} }}}}$	${\displaystyle z={\frac {f_{\mathrm {emit} }-f_{\mathrm {obsv} }}{f_{\mathrm {obsv} }}}}$
${\displaystyle 1+z={\frac {\lambda _{\mathrm {obsv} }}{\lambda _{\mathrm {emit} }}}}$	${\displaystyle 1+z={\frac {f_{\mathrm {emit} }}{f_{\mathrm {obsv} }}}}$

После z измеряется, различие между красным и синим смещением просто зависит от того, z положительный или отрицательный. Например, Эффект Допплера голубые сдвиги (z < 0) связаны с объектами, приближающимися (приближающимися) к наблюдателю со смещением света в большую сторону. энергии. И наоборот, красное смещение эффекта Доплера (z > 0) связаны с объектами, удаляющимися (удаляющимися) от наблюдателя со смещением света в сторону более низких энергий. Точно так же гравитационные голубые смещения связаны со светом, излучаемым источником, находящимся внутри более слабого гравитационное поле при наблюдении изнутри более сильное гравитационное поле, в то время как гравитационное красное смещение подразумевает противоположные условия.

Формулы красного смещения

В общей теории относительности можно вывести несколько важных формул для частного случая красного смещения в некоторых специальных геометриях пространства-времени, как показано в следующей таблице. Во всех случаях величина сдвига (величина z) не зависит от длины волны.^[2]

Резюме Redshift

Тип красного смещения	Геометрия	Формула[22]
Релятивистский доплер	Пространство Минковского (плоское пространство-время)	Для движения полностью в радиальном направлении или в направлении прямой видимости: ${\displaystyle 1+z=\gamma \left(1+{\frac {v_{\parallel }}{c}}\right)={\sqrt {\frac {1+{\frac {v_{\parallel }}{c}}}{1-{\frac {v_{\parallel }}{c}}}}}}$ ${\displaystyle z\approx {\frac {v_{\parallel }}{c}}}$ для маленьких ${\displaystyle v_{\parallel }}$ Для движения полностью в поперечном направлении: ${\displaystyle 1+z={\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}}$
Космологическое красное смещение	FLRW пространство-время (расширяющаяся вселенная Большого взрыва)	${\displaystyle 1+z={\frac {a_{\mathrm {now} }}{a_{\mathrm {then} }}}}$
Гравитационное красное смещение	Любой стационарное пространство-время (например, Геометрия Шварцшильда )	${\displaystyle 1+z={\sqrt {\frac {g_{tt}({\text{receiver}})}{g_{tt}({\text{source}})}}}}$ Для геометрии Шварцшильда ${\displaystyle 1+z={\sqrt {\frac {1-{\frac {2GM}{c^{2}r_{\text{receiver}}}}}{1-{\frac {2GM}{c^{2}r_{\text{source}}}}}}}}$

Эффект Допплера

Основные статьи: Эффект Допплера и Релятивистский эффект Доплера

Эффект Допплера, желтый (~ 575 нм длина волны) шар выглядит зеленоватым (синее смещение до длины волны ~ 565 нм) приближается к наблюдателю, поворачивается апельсин (красное смещение до ~ 585 нм длины волны) по мере прохождения и становится желтым, когда движение прекращается. Чтобы увидеть такое изменение цвета, объект должен двигаться со скоростью примерно 5200 км / с, или примерно в 75 раз быстрее, чем рекорд скорости для самый быстрый искусственный космический зонд.

Если источник света удаляется от наблюдателя, то красное смещение (z > 0) происходит; если источник движется к наблюдателю, то синее смещение (z < 0) происходит. Это верно для всех электромагнитных волн и объясняется Эффект Допплера. Следовательно, этот тип красного смещения называется Доплеровское красное смещение. Если источник удаляется от наблюдателя с скорость v, что намного меньше скорости света (v ≪ c) красное смещение определяется выражением

${\displaystyle z\approx {\frac {v}{c}}}$ (поскольку ${\displaystyle \gamma \approx 1}$)

куда c это скорость света. В классическом эффекте Доплера частота источника не изменяется, но рецессионное движение вызывает иллюзию более низкой частоты.

Более полное рассмотрение доплеровского красного смещения требует рассмотрения релятивистских эффектов, связанных с движением источников, близких к скорости света. Полный вывод эффекта можно найти в статье о релятивистский эффект Доплера. Короче говоря, объекты, движущиеся со скоростью, близкой к скорости света, будут испытывать отклонения от приведенной выше формулы из-за замедление времени из специальная теория относительности что можно исправить, введя Фактор Лоренца γ в классическую формулу Доплера следующим образом (для движения только на линии прямой видимости):

${\displaystyle 1+z=\left(1+{\frac {v}{c}}\right)\gamma .}$

Это явление впервые было обнаружено в эксперименте 1938 года, проведенном Гербертом Э. Айвсом и Г. Стилуэлл, названный Эксперимент Айвса – Стилвелла.^[23]

Поскольку фактор Лоренца зависит только от величина скорости, это приводит к тому, что красное смещение, связанное с релятивистской поправкой, не зависит от ориентации движения источника. Напротив, классическая часть формулы зависит от проекция движения источника в Поле зрения что дает разные результаты для разных ориентаций. Если θ - угол между направлением относительного движения и направлением излучения в кадре наблюдателя^[24] (нулевой угол находится прямо от наблюдателя), полная форма релятивистского эффекта Доплера принимает следующий вид:

${\displaystyle 1+z={\frac {1+v\cos(\theta )/c}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$

и для движения исключительно в зоне прямой видимости (θ = 0°), это уравнение сводится к:

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

Для особого случая, когда свет движется на прямой угол (θ = 90°) к направлению относительного движения в системе отсчета наблюдателя,^[25] релятивистское красное смещение известно как поперечное красное смещение, и красное смещение:

${\displaystyle 1+z={\frac {1}{\sqrt {1-v^{2}/c^{2}}}}}$

измеряется, даже если объект не удаляется от наблюдателя. Даже когда источник движется к наблюдателю, если есть поперечная составляющая движения, тогда есть некоторая скорость, при которой расширение просто отменяет ожидаемое голубое смещение, а на более высокой скорости приближающийся источник будет смещен в красную сторону.^[26]

Расширение пространства

Основная статья: Расширение Вселенной

В начале двадцатого века Слайфер, Вирц и другие провели первые измерения красных и голубых смещений галактик за пределами Земли. Млечный Путь. Первоначально они интерпретировали эти красные и голубые смещения как следствие случайных движений, но позже Лемэтр (1927) и Хаббл (1929), используя предыдущие данные, обнаружили примерно линейную корреляцию между увеличением красных смещений галактик и расстоянием до них. Лемэтр понял, что эти наблюдения можно объяснить механизмом создания красных смещений, наблюдаемым в решениях Фридмана для Уравнения Эйнштейна из общая теория относительности. Корреляция между красными смещениями и расстояниями требуется для всех таких моделей, которые имеют метрическое расширение пространства.^[18] В результате длина волны фотонов, распространяющихся через расширяющееся пространство, растягивается, создавая космологическое красное смещение.

Существует различие между красным смещением в космологическом контексте по сравнению с тем, которое наблюдается, когда близлежащие объекты демонстрируют местный Красное смещение с эффектом Доплера. Космологические красные смещения не являются следствием относительных скоростей, которые подчиняются законам специальная теория относительности (и, таким образом, подчиняясь правилу, что никакие два локально разделенных объекта не могут иметь относительные скорости друг относительно друга, превышающие скорость света), фотоны вместо этого увеличивают длину волны и красное смещение из-за глобального особенность пространства-времени метрика, через которую они едут. Одна из интерпретаций этого эффекта - идея, что пространство само по себе расширение.^[27] Из-за того, что расширение увеличивается с увеличением расстояний, расстояние между двумя удаленными галактиками может увеличиваться более чем на 3×10⁸ м / с, но это не означает, что галактики движутся быстрее скорости света в их нынешнем местоположении (что запрещено законом Ковариация Лоренца ).

Математический вывод

Наблюдательные последствия этого эффекта могут быть получены с помощью уравнения из общая теория относительности которые описывают однородная и изотропная вселенная.

Чтобы получить эффект красного смещения, используйте геодезический уравнение для световой волны, которое

${\displaystyle ds^{2}=0=-c^{2}dt^{2}+{\frac {a^{2}dr^{2}}{1-kr^{2}}}}$

куда

• ds это пространство-время интервал
• dt это временной интервал
• доктор это пространственный интервал
• c это скорость света
• а зависит от времени космического масштаб
• k это кривизна на единицу площади.

Для наблюдателя, наблюдающего гребень световой волны в позиции р = 0 и время т = т_{сейчас же}, гребень световой волны испускался одновременно т = т_тогда в прошлом и далекое положение р = р. Интегрирование пути в пространстве и времени, по которому проходит световая волна, дает:

${\displaystyle c\int _{t_{\mathrm {then} }}^{t_{\mathrm {now} }}{\frac {dt}{a}}\;=\int _{R}^{0}{\frac {dr}{\sqrt {1-kr^{2}}}}\,.}$

В общем, длина волны света не одинакова для двух рассматриваемых положений и времен из-за меняющихся свойств метрики. Когда волна испускалась, она имела длину волны λ_тогда. Следующий пик световой волны был испущен за раз

${\displaystyle t=t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c\,.}$

Наблюдатель видит следующий пик наблюдаемой световой волны с длиной волны λ_{сейчас же} прибыть вовремя

${\displaystyle t=t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c\,.}$

Поскольку последующий гребень снова исходит из р = р и наблюдается в р = 0, можно записать следующее уравнение:

${\displaystyle c\int _{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}^{t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{\frac {dt}{a}}\;=\int _{R}^{0}{\frac {dr}{\sqrt {1-kr^{2}}}}\,.}$

Правая часть двух приведенных выше интегральных уравнений идентичны, что означает

${\displaystyle c\int _{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}^{t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{\frac {dt}{a}}\;=c\int _{t_{\mathrm {then} }}^{t_{\mathrm {now} }}{\frac {dt}{a}}\,}$

Используя следующую манипуляцию:

${\displaystyle {\begin{aligned}0&=\int _{t_{\mathrm {then} }}^{t_{\mathrm {now} }}{\frac {dt}{a}}-\int _{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}^{t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{\frac {dt}{a}}\\&=\int _{t_{\mathrm {then} }}^{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}{\frac {dt}{a}}+\int _{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}^{t_{\mathrm {now} }}{\frac {dt}{a}}-\int _{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}^{t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{\frac {dt}{a}}\\&=\int _{t_{\mathrm {then} }}^{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}{\frac {dt}{a}}-\left(\int _{t_{\mathrm {now} }}^{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}{\frac {dt}{a}}+\int _{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}^{t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{\frac {dt}{a}}\right)\\&=\int _{t_{\mathrm {then} }}^{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}{\frac {dt}{a}}-\int _{t_{\mathrm {now} }}^{t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{\frac {dt}{a}}\end{aligned}}}$

мы находим, что:

${\displaystyle \int _{t_{\mathrm {now} }}^{t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{\frac {dt}{a}}\;=\int _{t_{\mathrm {then} }}^{t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}{\frac {dt}{a}}\,.}$

Для очень малых изменений во времени (в течение одного цикла световой волны) масштабный коэффициент по существу является постоянным (а = а_{сейчас же} сегодня и а = а_тогда ранее). Это дает

${\displaystyle {\frac {t_{\mathrm {now} }+\lambda _{\mathrm {now} }/c}{a_{\mathrm {now} }}}-{\frac {t_{\mathrm {now} }}{a_{\mathrm {now} }}}\;={\frac {t_{\mathrm {then} }+\lambda _{\mathrm {then} }/c}{a_{\mathrm {then} }}}-{\frac {t_{\mathrm {then} }}{a_{\mathrm {then} }}}}$

который можно переписать как

${\displaystyle {\frac {\lambda _{\mathrm {now} }}{\lambda _{\mathrm {then} }}}={\frac {a_{\mathrm {now} }}{a_{\mathrm {then} }}}\,.}$

Используя приведенное определение красного смещения над, уравнение

${\displaystyle 1+z={\frac {a_{\mathrm {now} }}{a_{\mathrm {then} }}}}$

получается. В расширяющейся Вселенной, такой как та, в которой мы живем, масштабный коэффициент равен монотонно возрастающий со временем, таким образом, z положительно, а далекие галактики кажутся смещенными в красную область.

---

Используя модель расширения Вселенной, красное смещение можно связать с возрастом наблюдаемого объекта, так называемого космическое время Отношение –красное смещение. Обозначим отношение плотности как Ω₀:

${\displaystyle \Omega _{0}={\frac {\rho }{\rho _{\text{crit}}}}\ ,}$

с ρ_крит критическая плотность, отделяющая вселенную, которая в конечном итоге хрустит, от просто расширяющейся. Эта плотность составляет около трех атомов водорода на кубический метр пространства.^[28] При больших красных смещениях обнаруживается:

${\displaystyle t(z)={\frac {2}{3H_{0}{\Omega _{0}}^{1/2}(1+z)^{3/2}}}\ ,}$

куда ЧАС₀ это современный Постоянная Хаббла, и z это красное смещение.^[29][30][31]

Различение космологических и локальных эффектов

Для космологических красных смещений z < 0.01 дополнительные доплеровские красные и голубые смещения из-за своеобразные движения галактик относительно друг друга вызывают широкий разбросать из стандарта Закон Хаббла.^[32] Получившуюся ситуацию можно проиллюстрировать следующим образом: Расширение вселенной резиновых листов, общая космологическая аналогия, используемая для описания расширения пространства. Если два объекта представлены шариковыми подшипниками, а пространство-время - растягивающимся резиновым листом, эффект Доплера вызывается катанием шариков по листу для создания необычного движения. Космологическое красное смещение возникает, когда шарикоподшипники прилипают к листу и лист растягивается.^[33][34][35]

Красные смещения галактик включают как компоненты, связанные с скорость рецессии от расширения Вселенной, и компонент, связанный с своеобразное движение (Доплеровский сдвиг).^[36] Красное смещение, вызванное расширением Вселенной, зависит от скорости отступления способом, определяемым космологической моделью, выбранной для описания расширения Вселенной, что сильно отличается от того, как красное смещение Доплера зависит от локальной скорости.^[37] Описывая космологическое расширение происхождения красного смещения, космолог Эдвард Роберт Харрисон сказал: «Свет покидает галактику, которая неподвижна в своей локальной области пространства, и в конечном итоге воспринимается наблюдателями, которые неподвижны в своей собственной локальной области пространства. Между галактикой и наблюдателем свет распространяется через обширные области расширяющегося пространства. . В результате все длины волн света растягиваются при расширении пространства. Это так просто ... "^[38] Стивен Вайнберг пояснил: «Увеличение длины волны от излучения к поглощению света не зависит от скорости изменения а(т) [здесь а(т) это Масштабный коэффициент Робертсона – Уокера ] во время излучения или поглощения, но при увеличении а(т) за весь период от выброса до поглощения ».^[39]

В популярной литературе часто используется выражение «доплеровское красное смещение» вместо «космологическое красное смещение» для описания красного смещения галактик, в котором доминирует расширение пространства-времени, но космологическое красное смещение не определяется с помощью релятивистского уравнения Доплера.^[40] который вместо этого характеризуется специальная теория относительности; таким образом v > c невозможно, в то время как, напротив, v > c возможно для космологических красных смещений, потому что пространство, которое отделяет объекты (например, квазар от Земли), может расширяться быстрее скорости света.^[41] Говоря более математически, точка зрения, что «далекие галактики удаляются», и точка зрения, что «пространство между галактиками расширяется» связаны изменением системы координат. Чтобы точно выразить это, необходимо работать с математикой Метрика Фридмана – Робертсона – Уокера..^[42]

Если бы Вселенная сжималась, а не расширялась, мы бы увидели далекие галактики с синим смещением на величину, пропорциональную их расстоянию, а не с красным смещением.^[43]

Гравитационное красное смещение

Основная статья: Гравитационное красное смещение

В теории общая теория относительности, в гравитационной яме происходит замедление времени. Это известно как гравитационное красное смещение или же Сдвиг Эйнштейна.^[44] Теоретический вывод этого эффекта следует из Решение Шварцшильда из Уравнения Эйнштейна что дает следующую формулу для красного смещения, связанного с движением фотона в гравитационное поле из незаряженный, невращающийся, сферически симметричный масса:

${\displaystyle 1+z={\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {2GM}{rc^{2}}}}}},}$

куда

• грамм это гравитационная постоянная,
• M это масса объекта, создающего гравитационное поле,
• р - радиальная координата источника (которая аналогична классическому расстоянию от центра объекта, но фактически является Координата Шварцшильда ), и
• c это скорость света.

Этот результат гравитационного красного смещения может быть получен из предположений специальная теория относительности и принцип эквивалентности; полная теория относительности не требуется.^[45]

Эффект очень мал, но его можно измерить на Земле с помощью Эффект Мёссбауэра и впервые был замечен в Эксперимент Паунда – Ребки.^[46] Однако это значимо вблизи черная дыра, и по мере приближения объекта к горизонт событий красное смещение становится бесконечным. Это также основная причина больших угловых флуктуаций температуры в космический микроволновый фон излучение (см. Эффект Сакса – Вульфа ).^[47]

Наблюдения в астрономии

Красное смещение, наблюдаемое в астрономии, можно измерить, потому что выброс и поглощение спектры для атомы отличительные и хорошо известные, откалиброванные спектроскопический эксперименты в лаборатории на земле. Когда измеряется красное смещение различных линий поглощения и излучения одного астрономического объекта, z оказывается удивительно постоянным. Хотя далекие объекты могут быть немного размыты, а линии расширены, это не более чем может быть объяснено тепловой или механический движение источника. По этим и другим причинам астрономы сходятся во мнении, что наблюдаемые ими красные смещения являются результатом некоторой комбинации трех установленных форм доплеровских красных смещений. Альтернативные гипотезы и объяснения красного смещения, такие как усталый свет обычно не считаются правдоподобными.^[48]

Спектроскопия как измерение значительно труднее простого измерения. фотометрия, который измеряет яркость астрономических объектов через определенные фильтры.^[49] Когда доступны только фотометрические данные (например, Глубокое поле Хаббла и Хаббл сверхглубокое поле ) астрономы полагаются на технику измерения фотометрические красные смещения.^[50] Из-за широких диапазонов длин волн в фотометрических фильтрах и необходимых предположений о природе спектра в источнике света, ошибки для такого рода измерений может составлять до δz = 0.5, и намного менее надежны, чем спектроскопические определения.^[51] Однако фотометрия позволяет по крайней мере качественно охарактеризовать красное смещение. Например, если у солнечного спектра красное смещение составляет z = 1, это было бы ярче всего в инфракрасный а не желто-зеленый цвет, связанный с пиком его черное тело спектр, а интенсивность света будет уменьшена в фильтре в четыре раза, (1 + z)². И скорость счета фотонов, и энергия фотонов смещены в красную область. (Видеть K поправка для получения более подробной информации о фотометрических последствиях красного смещения.)^[52]

Местные наблюдения

В близлежащих объектах (в пределах нашего Млечный Путь галактика) наблюдаемые красные смещения почти всегда связаны с Поле зрения скорости, связанные с наблюдаемыми объектами. Наблюдения за такими красными и синими смещениями позволили астрономам измерить скорости и параметризовать массы из вращающийся по орбите звезды в спектроскопические двойные системы, метод, впервые примененный в 1868 году британским астрономом Уильям Хаггинс.^[7] Точно так же небольшие красные и голубые смещения, обнаруженные при спектроскопических измерениях отдельных звезд, - это один из способов, которым астрономы смогли определить. диагностировать и измерять наличие и характеристики планетные системы вокруг других звезд и даже сделали очень подробные дифференциальные измерения красных смещений во время планетарные транзиты для определения точных параметров орбиты.^[53] Детальные измерения красных смещений используются в гелиосейсмология для определения точных движений фотосфера из солнце.^[54] Красные смещения также использовались для первых измерений вращение ставки планеты,^[55] скорости межзвездные облака,^[56] то вращение галактик,^[2] и динамика из нарастание на нейтронные звезды и черные дыры которые демонстрируют как доплеровское, так и гравитационное красное смещение.^[57] Кроме того, температуры различных излучающих и поглощающих объектов можно получить путем измерения Доплеровское уширение - эффективно сдвигает красное и синее смещение по одной линии излучения или поглощения.^[58] Измеряя уширение и смещение 21-сантиметровой водородная линия в разных направлениях астрономы смогли измерить скорости рецессии из межзвездный газ, что, в свою очередь, показывает кривая вращения нашего Млечного Пути.^[2] Аналогичные измерения были выполнены и на других галактиках, таких как Андромеда.^[2] В качестве диагностического инструмента измерение красного смещения является одним из самых важных спектроскопические измерения сделано в астрономии.

Внегалактические наблюдения

Самые далекие объекты демонстрируют большее красное смещение, соответствующее Хаббловский поток из вселенная. Самое большое наблюдаемое красное смещение, соответствующее наибольшему расстоянию и наиболее удаленному назад во времени, - это красное смещение космический микроволновый фон радиация; то числовое значение его красного смещения около z = 1089 (z = 0 соответствует настоящему времени), и показывает состояние Вселенной около 13,8 миллиарда лет назад,^[59] и 379000 лет после начальных моментов Большой взрыв.^[60]

Светящиеся точечные ядра квазары были первые "высокое красное смещение" (z > 0.1) объекты, открытые до совершенствования телескопов, позволили открыть другие галактики с большим красным смещением.

Для галактик более далеких, чем Местная группа и поблизости Скопление Девы, но в пределах тысячи мегапарсек или около того, красное смещение приблизительно пропорционально расстоянию до галактики. Эта корреляция впервые была обнаружена Эдвин Хаббл и стал известен как Закон Хаббла. Весто Слайфер был первым, кто обнаружил галактическое красное смещение примерно в 1912 году, в то время как Хаббл коррелировал измерения Слайфера с расстояниями, которые он измеряется другими способами сформулировать свой Закон. В широко принятой космологической модели, основанной на общая теория относительности, красное смещение в основном является результатом расширения пространства: это означает, что чем дальше от нас находится галактика, тем больше пространство расширилось с тех пор, как свет покинул эту галактику, поэтому чем больше свет был растянут, тем чем больше смещен красный свет, тем быстрее кажется, что он удаляется от нас. Закон Хаббла частично следует из Принцип Коперника.^[61] Потому что обычно не известно, как светящийся объекты, измерить красное смещение проще, чем более прямые измерения расстояний, поэтому на практике красное смещение иногда преобразуется в грубое измерение расстояния с использованием закона Хаббла.

Гравитационный взаимодействия галактик друг с другом и скоплениями вызывают значительные разбросать на нормальном участке диаграммы Хаббла. В пекулярные скорости связанных с галактиками, накладывают грубый след масса из вириализованные объекты во вселенной. Этот эффект приводит к таким явлениям, как близкие галактики (например, Галактика Андромеды ) демонстрируя голубые сдвиги по мере того, как мы падаем к общему барицентр карты красного смещения кластеров, показывающие пальцы бога эффект из-за разброса пекулярных скоростей в примерно сферическом распределении.^[61] Этот дополнительный компонент дает космологам возможность измерять массы объектов независимо от отношение массы к световому потоку (отношение массы галактики в массах Солнца к ее яркости в светимости Солнца), важный инструмент для измерения темная материя.^[62]

Линейная зависимость закона Хаббла между расстоянием и красным смещением предполагает, что скорость расширения Вселенной постоянна. Однако, когда Вселенная была намного моложе, скорость расширения и, следовательно, «постоянная» Хаббла были больше, чем сегодня. Таким образом, для более далеких галактик, свет которых летел к нам гораздо дольше, приближение постоянной скорости расширения не работает, и закон Хаббла становится нелинейным интегральным соотношением, зависящим от истории скорости расширения с момента излучения. света рассматриваемой галактики. Таким образом, наблюдения зависимости красного смещения от расстояния можно использовать для определения истории расширения Вселенной и, следовательно, содержания вещества и энергии.

Хотя долгое время считалось, что скорость расширения непрерывно снижается со времени Большого взрыва, недавние наблюдения связи красного смещения и расстояния с использованием Сверхновые типа Ia предположили, что сравнительно недавно скорость расширения Вселенной начал ускоряться.

Самые высокие красные смещения

Смотрите также: Список наиболее удаленных объектов по типу

График расстояния (в гига световых лет ) против красного смещения согласно Лямбда-CDM модель. d_ЧАС (сплошным черным) - это сопутствующее расстояние от Земли до места с красным смещением Хаббла z пока ct_ФУНТ (выделено красным пунктиром) - скорость света, умноженная на время ретроспективного обзора до красного смещения Хаббла. z. Сопутствующее расстояние - это физическое космический расстояние между этим местом и далеким местом, асимптотический к размер наблюдаемой Вселенной примерно в 47 миллиардов световых лет. Время ретроспективного обзора - это расстояние, пройденное фотоном с момента его излучения до настоящего момента, деленное на скорость света, при этом максимальное расстояние составляет 13,8 миллиарда световых лет, что соответствует возраст вселенной.

В настоящее время объектами с самым высоким известным красным смещением являются галактики и объекты, производящие гамма-всплески. Самые надежные красные смещения от спектроскопический данных, и наиболее подтвержденным спектральным красным смещением галактики является GN-z11,^[63] с красным смещением z = 11.1, что соответствует 400 миллионам лет после Большого взрыва. Предыдущий рекорд принадлежал UDFy-38135539^[64] при красном смещении z = 8.6, что соответствует 600 миллионам лет после Большого взрыва. Чуть менее надежны Лайман-брейк красное смещение, самое высокое из которых - линзовая галактика A1689-zD1 в красном смещении z = 7.5^[65][66] и следующее высшее существо z = 7.0.^[67] Самые далекие наблюдаемые гамма-всплеск со спектроскопическим измерением красного смещения. GRB 090423, у которого было красное смещение z = 8.2.^[68] Самый далекий известный квазар, ULAS J1342 + 0928, я сидела z = 7.54.^[69][70] Самая высокая известная радиогалактика с красным смещением (TGSS1530) находится на красном смещении. z = 5.72^[71] а наиболее известным молекулярным материалом с красным смещением является обнаружение излучения молекулы CO от квазара SDSS J1148 + 5251 на z = 6.42.^[72]

Очень красные объекты (ERO) являются астрономические источники излучения, излучающего энергию в красной и ближней инфракрасной частях электромагнитного спектра. These may be starburst galaxies that have a high redshift accompanied by reddening from intervening dust, or they could be highly redshifted elliptical galaxies with an older (and therefore redder) stellar population.^[73] Objects that are even redder than EROs are termed hyper extremely red objects (HEROs).^[74]

В космический микроволновый фон has a redshift of z = 1089, corresponding to an age of approximately 379,000 years after the Big Bang and a сопутствующее расстояние of more than 46 billion light-years.^[75] The yet-to-be-observed first light from the oldest Population III stars, not long after atoms first formed and the CMB ceased to be absorbed almost completely, may have redshifts in the range of 20 < z < 100.^[76] Other high-redshift events predicted by physics but not presently observable are the фон космических нейтрино from about two seconds after the Big Bang (and a redshift in excess of z > 10¹⁰)^[77] and the cosmic gravitational wave background emitted directly from инфляция at a redshift in excess of z > 10²⁵.^[78]

In June 2015, astronomers reported evidence for Population III stars в Космос Красное Смещение 7 галактика в z = 6.60. Such stars are likely to have existed in the very early universe (i.e., at high redshift), and may have started the production of химические элементы heavier than водород that are needed for the later formation of планеты и жизнь как мы это знаем.^[79][80]

Redshift surveys

Rendering of the 2dFGRS data

Основная статья: Обзор Redshift

With advent of automated телескопы and improvements in спектроскопы, a number of collaborations have been made to map the universe in redshift space. By combining redshift with angular position data, a redshift survey maps the 3D distribution of matter within a field of the sky. These observations are used to measure properties of the крупномасштабная структура Вселенной. В Великая стена, a vast сверхскопление of galaxies over 500 million световых лет wide, provides a dramatic example of a large-scale structure that redshift surveys can detect.^[81]

The first redshift survey was the CfA Redshift Survey, started in 1977 with the initial data collection completed in 1982.^[82] Совсем недавно Обзор красного смещения галактики 2dF determined the large-scale structure of one section of the universe, measuring redshifts for over 220,000 galaxies; data collection was completed in 2002, and the final data set was released 30 June 2003.^[83] В Sloan Digital Sky Survey (SDSS), is ongoing as of 2013 and aims to measure the redshifts of around 3 million objects.^[84] SDSS has recorded redshifts for galaxies as high as 0.8, and has been involved in the detection of quasars вне z = 6. В DEEP2 Redshift Survey использует Keck telescopes with the new "DEIMOS" спектрограф; a follow-up to the pilot program DEEP1, DEEP2 is designed to measure faint galaxies with redshifts 0.7 and above, and it is therefore planned to provide a high-redshift complement to SDSS and 2dF.^[85]

Effects from physical optics or radiative transfer

The interactions and phenomena summarized in the subjects of перенос излучения и physical optics can result in shifts in the wavelength and frequency of electromagnetic radiation. In such cases, the shifts correspond to a physical energy transfer to matter or other photons rather than being by a transformation between reference frames. Such shifts can be from such physical phenomena as coherence effects или рассеяние из электромагнитное излучение whether from заряжен элементарные частицы, из частицы, or from fluctuations of the показатель преломления в диэлектрик medium as occurs in the radio phenomenon of radio whistlers.^[2] While such phenomena are sometimes referred to as "redshifts" and "blueshifts", in astrophysics light-matter interactions that result in energy shifts in the radiation field are generally referred to as "reddening" rather than "redshifting" which, as a term, is normally reserved for the effects discussed above.^[2]

In many circumstances scattering causes radiation to redden because энтропия results in the predominance of many low-энергия photons over few high-energy ones (while conserving total energy ).^[2] Except possibly under carefully controlled conditions, scattering does not produce the same relative change in wavelength across the whole spectrum; that is, any calculated z обычно функция of wavelength. Furthermore, scattering from случайный средства массовой информации generally occurs at many углы, и z is a function of the scattering angle. If multiple scattering occurs, or the scattering particles have relative motion, then there is generally distortion of спектральные линии также.^[2]

В interstellar astronomy, visible spectra can appear redder due to scattering processes in a phenomenon referred to as межзвездное покраснение^[2]—similarly Рэлеевское рассеяние вызывает атмосферный reddening of the Sun seen in the sunrise or sunset and causes the rest of the sky to have a blue color. This phenomenon is distinct from redсдвигing because the спектроскопический lines are not shifted to other wavelengths in reddened objects and there is an additional затемнение and distortion associated with the phenomenon due to photons being scattered in and out of the Поле зрения.

Рекомендации

1. See Feynman, Leighton and Sands (1989) or any introductory undergraduate (and many high school) physics textbooks. See Taylor (1992) for a relativistic discussion.
2. See Binney and Merrifeld (1998), Carroll and Ostlie (1996), Kutner (2003) for applications in astronomy.
3. See Misner, Thorne and Wheeler (1973) and Weinberg (1971) or any of the physical cosmology textbooks
4. Doppler, Christian (1846). Beiträge zur fixsternenkunde. 69. Prague: G. Haase Söhne. Bibcode:1846befi.book.....D.
5. Maulik, Dev (2005). "Doppler Sonography: A Brief History". In Maulik, Dev; Zalud, Ivica (eds.). Doppler Ultrasound in Obstetrics And Gynecology. Springer. ISBN  978-3-540-23088-5.
6. О'Коннор, Джон Дж .; Robertson, Edmund F. (1998). "Christian Andreas Doppler". Архив истории математики MacTutor. Сент-Эндрюсский университет.
7. Huggins, William (1868). "Further Observations on the Spectra of Some of the Stars and Nebulae, with an Attempt to Determine Therefrom Whether These Bodies are Moving towards or from the Earth, Also Observations on the Spectra of the Sun and of Comet II". Философские труды Лондонского королевского общества. 158: 529–564. Bibcode:1868RSPT..158..529H. Дои:10.1098/rstl.1868.0022.
8. Reber, G. (1995). "Intergalactic Plasma". Астрофизика и космическая наука. 227 (1–2): 93–96. Bibcode:1995Ap&SS.227...93R. Дои:10.1007/BF00678069. S2CID  30000639.
9. Pannekoek, A (1961). История астрономии. Дувр. п. 451. ISBN  978-0-486-65994-7.
10. Bélopolsky, A. (1901). "On an Apparatus for the Laboratory Demonstration of the Doppler-Fizeau Principle". Астрофизический журнал. 13: 15. Bibcode:1901ApJ....13...15B. Дои:10.1086/140786.
11. Adams, Walter S. (1908). "Preliminary catalogue of lines affected in sun-spots". Contributions from the Mount Wilson Observatory / Carnegie Institution of Washington. Contributions from the Solar Observatory of the Carnegie Institution of Washington: Институт Карнеги Вашингтона. 22: 1–21. Bibcode:1908CMWCI..22....1A. Перепечатано в Adams, Walter S. (1908). "Preliminary Catalogue of Lines Affected in Sun-Spots Region λ 4000 TO λ 4500". Астрофизический журнал. 27: 45. Bibcode:1908ApJ....27...45A. Дои:10.1086/141524.
12. de Sitter, W. (1934). "On distance, magnitude, and related quantities in an expanding universe". Бюллетень астрономических институтов Нидерландов. 7: 205. Bibcode:1934BAN.....7..205D. It thus becomes urgent to investigate the effect of the redshift and of the metric of the universe on the apparent magnitude and observed numbers of nebulae of given magnitude
13. Slipher, Vesto (1912). "The radial velocity of the Andromeda Nebula". Lowell Observatory Bulletin. 1: 2.56–2.57. Bibcode:1913LowOB...2...56S. The magnitude of this velocity, which is the greatest hitherto observed, raises the question whether the velocity-like displacement might not be due to some other cause, but I believe we have at present no other interpretation for it
14. Slipher, Vesto (1915). "Spectrographic Observations of Nebulae". Популярная астрономия. 23: 21–24. Bibcode:1915PA.....23...21S.
15. Slipher, Vesto (1915). "Spectrographic Observations of Nebulae". Популярная астрономия. 23: 22. Bibcode:1915PA.....23...21S.
16. Hubble, Edwin (1929). "A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae". Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 15 (3): 168–173. Bibcode:1929PNAS...15..168H. Дои:10.1073/pnas.15.3.168. ЧВК  522427. PMID  16577160.
17. Friedman, A. A. (1922). "Über die Krümmung des Raumes". Zeitschrift für Physik. 10 (1): 377–386. Bibcode:1922ZPhy...10..377F. Дои:10.1007/BF01332580. S2CID  125190902. Английский перевод в Friedman, A. (1999). "On the Curvature of Space". Общая теория относительности и гравитации. 31 (12): 1991–2000. Bibcode:1999GReGr..31.1991F. Дои:10.1023/A:1026751225741. S2CID  122950995.)
18. This was recognized early on by physicists and astronomers working in cosmology in the 1930s. The earliest layman publication describing the details of this correspondence is Eddington, Arthur (1933). The Expanding Universe: Astronomy's 'Great Debate', 1900–1931. Издательство Кембриджского университета. (Перепечатка: ISBN  978-0-521-34976-5)
19. "Hubble census finds galaxies at redshifts 9 to 12". ESA/Hubble Press Release. Получено 13 декабря 2012.
20. See, for example, this 25 May 2004 пресс-релиз из НАСА с Быстрый космический телескоп that is researching гамма-всплески: "Measurements of the gamma-ray spectra obtained during the main outburst of the GRB have found little value as redshift indicators, due to the lack of well-defined features. However, optical observations of GRB afterglows have produced spectra with identifiable lines, leading to precise redshift measurements."
21. Видеть [1] for a tutorial on how to define and interpret large redshift measurements.
22. Where z = redshift; v_|| = скорость parallel to line-of-sight (positive if moving away from receiver); c = скорость света; γ = Фактор Лоренца; а = масштаб; G = гравитационная постоянная; M = object масса; r = radial Schwarzschild coordinate, грамм_тт = t,t component of the метрический тензор
23. Ives, H.; Stilwell, G. (1938). "An Experimental study of the rate of a moving atomic clock". J. Opt. Soc. Являюсь. 28 (7): 215–226. Bibcode:1938JOSA...28..215I. Дои:10.1364/josa.28.000215.
24. Freund, Jurgen (2008). Special Relativity for Beginners. World Scientific. п. 120. ISBN  978-981-277-160-5.
25. Ditchburn, R (1961). Свет. Дувр. п. 329. ISBN  978-0-12-218101-6.
26. Видеть "Photons, Relativity, Doppler shift В архиве 2006-08-27 на Wayback Machine " at the University of Queensland
27. The distinction is made clear in Harrison, Edward Robert (2000). Cosmology: The Science of the Universe (2-е изд.). Издательство Кембриджского университета. pp. 306ff. ISBN  978-0-521-66148-5.
28. Steven Weinberg (1993). The First Three Minutes: A Modern View of the Origin of the Universe (2-е изд.). Основные книги. п. 34. ISBN  978-0-465-02437-7.
29. Ларс Бергстрём; Ariel Goobar (2006). Cosmology and Particle Astrophysics (2-е изд.). Springer. п. 77, Eq.4.79. ISBN  978-3-540-32924-4.
30. РС. Longair (1998). Формирование галактики. Springer. п. 161. ISBN  978-3-540-63785-1.
31. Yu N Parijskij (2001). "The High Redshift Radio Universe". In Norma Sanchez (ed.). Current Topics in Astrofundamental Physics. Springer. п. 223. ISBN  978-0-7923-6856-4.
32. Measurements of the peculiar velocities out to 5 Мпк с использованием Космический телескоп Хаббла were reported in 2003 by Karachentsev; и другие. (2003). "Local galaxy flows within 5 Mpc". Астрономия и астрофизика. 398 (2): 479–491. arXiv:astro-ph/0211011. Bibcode:2003A&A...398..479K. Дои:10.1051/0004-6361:20021566. S2CID  26822121.
33. Theo Koupelis; Karl F. Kuhn (2007). В поисках Вселенной (5-е изд.). Издательство "Джонс и Бартлетт". п.557. ISBN  978-0-7637-4387-1.
34. "It is perfectly valid to interpret the equations of relativity in terms of an expanding space. The mistake is to push analogies too far and imbue space with physical properties that are not consistent with the equations of relativity." Geraint F. Lewis; Francis, Matthew J.; Barnes, Luke A.; Kwan, Juliana; и другие. (2008). "Cosmological Radar Ranging in an Expanding Universe". Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 388 (3): 960–964. arXiv:0805.2197. Bibcode:2008MNRAS.388..960L. Дои:10.1111/j.1365-2966.2008.13477.x. S2CID  15147382.
35. Michal Chodorowski (2007). "Is space really expanding? A counterexample". Concepts Phys. 4 (1): 17–34. arXiv:astro-ph/0601171. Bibcode:2007ONCP....4...15C. Дои:10.2478/v10005-007-0002-2. S2CID  15931627.
36. Bedran,M.L. (2002)"A comparison between the Doppler and cosmological redshifts" Am.J.Phys. 70, 406–408
37. Edward Harrison (1992). "The redshift-distance and velocity-distance laws". Астрофизический журнал, часть 1. 403: 28–31. Bibcode:1993ApJ...403...28H. Дои:10.1086/172179.. A pdf file can be found here [2].
38. Harrison 2000, п. 315.
39. Steven Weinberg (2008). Космология. Издательство Оксфордского университета. п. 11. ISBN  978-0-19-852682-7.
40. Odenwald & Fienberg 1993
41. Speed faster than light is allowed because the расширение из пространство-время метрика описывается общая теория относительности in terms of sequences of only locally valid inertial frames as opposed to a global Метрика Минковского. Expansion faster than light is an integrated effect over many local inertial frames and is allowed because no single inertial frame is involved. The speed-of-light limitation applies only locally. Видеть Michal Chodorowski (2007). "Is space really expanding? A counterexample". Concepts Phys. 4: 17–34. arXiv:astro-ph/0601171. Bibcode:2007ONCP....4...15C. Дои:10.2478/v10005-007-0002-2. S2CID  15931627.
42. M. Weiss, What Causes the Hubble Redshift?, entry in the Physics Часто задаваемые вопросы (1994), available via Джон Баэз с интернет сайт
43. This is only true in a universe where there are no peculiar velocities. Otherwise, redshifts combine as

    ${\displaystyle 1+z=(1+z_{\mathrm {Doppler} })(1+z_{\mathrm {expansion} })}$

    which yields solutions where certain objects that "recede" are blueshifted and other objects that "approach" are redshifted. For more on this bizarre result see Davis, T. M., Lineweaver, C. H., and Webb, J. K. "Solutions to the tethered galaxy problem in an expanding universe and the observation of receding blueshifted objects ", Американский журнал физики (2003), 71 358–364.
44. Chant, C. A. (1930). "Notes and Queries (Telescopes and Observatory Equipment – The Einstein Shift of Solar Lines)". Журнал Королевского астрономического общества Канады. 24: 390. Bibcode:1930JRASC..24..390C.
45. Einstein, A (1907). "Über das Relativitätsprinzip und die aus demselben gezogenen Folgerungen". Jahrbuch der Radioaktivität und Elektronik. 4: 411–462. См. Стр. 458 The influence of a gravitational field on clocks
46. Pound, R.; Rebka, G. (1960). "Apparent Weight of Photons". Письма с физическими проверками. 4 (7): 337–341. Bibcode:1960PhRvL...4..337P. Дои:10.1103/PhysRevLett.4.337.. This paper was the first measurement.
47. Sachs, R. K.; Wolfe, A. M. (1967). "Perturbations of a cosmological model and angular variations of the cosmic microwave background". Астрофизический журнал. 147 (73): 73. Bibcode:1967ApJ ... 147 ... 73S. Дои:10.1086/148982.
48. When cosmological redshifts were first discovered, Фриц Цвикки proposed an effect known as tired light. While usually considered for historical interests, it is sometimes, along with intrinsic redshift suggestions, utilized by nonstandard cosmologies. In 1981, H. J. Reboul summarised many alternative redshift mechanisms that had been discussed in the literature since the 1930s. В 2001, Джеффри Бербидж remarked in a рассмотрение that the wider astronomical community has marginalized such discussions since the 1960s. Burbidge and Хэлтон Арп, while investigating the mystery of the nature of quasars, tried to develop alternative redshift mechanisms, and very few of their fellow scientists acknowledged let alone accepted their work. Более того, Goldhaber; и другие. (2001). "Timescale Stretch Parameterization of Type Ia Supernova B-Band Lightcurves". Астрофизический журнал. 558 (1): 359–386. arXiv:astro-ph/0104382. Bibcode:2001ApJ...558..359G. Дои:10.1086/322460. S2CID  17237531. pointed out that alternative theories are unable to account for timescale stretch observed in сверхновые типа Ia
49. For a review of the subject of photometry, consider Budding, E., Introduction to Astronomical Photometry, Cambridge University Press (September 24, 1993), ISBN  0-521-41867-4
50. The technique was first described by Baum, W. A.: 1962, in G. C. McVittie (ed.), Problems of extra-galactic research, п. 390, IAU Symposium No. 15
51. Bolzonella, M.; Miralles, J.-M.; Pelló, R., Photometric redshifts based on standard SED fitting procedures, Астрономия и астрофизика, 363, p.476–492 (2000).
52. A pedagogical overview of the K-correction by David Hogg and other members of the SDSS collaboration can be found at астрофизик.
53. В Exoplanet Tracker is the newest observing project to use this technique, able to track the redshift variations in multiple objects at once, as reported in Ge, Jian; Van Eyken, Julian; Mahadevan, Suvrath; Dewitt, Curtis; и другие. (2006). "The First Extrasolar Planet Discovered with a New‐Generation High‐Throughput Doppler Instrument". Астрофизический журнал. 648 (1): 683–695. arXiv:astro-ph/0605247. Bibcode:2006ApJ...648..683G. Дои:10.1086/505699. S2CID  13879217.
54. Libbrecht, Keng (1988). "Solar and stellar seismology" (PDF). Обзоры космической науки. 47 (3–4): 275–301. Bibcode:1988SSRv...47..275L. Дои:10.1007/BF00243557. S2CID  120897051.
55. В 1871 г. Герман Карл Фогель measured the rotation rate of Венера. Vesto Slipher was working on such measurements when he turned his attention to spiral nebulae.
56. An early review by Oort, J. H. on the subject: Oort, J. H. (1970). "The formation of galaxies and the origin of the high-velocity hydrogen". Астрономия и астрофизика. 7: 381. Bibcode:1970A&A.....7..381O.
57. Asaoka, Ikuko (1989). "X-ray spectra at infinity from a relativistic accretion disk around a Kerr black hole". Публикации Астрономического общества Японии. 41 (4): 763–778. Bibcode:1989PASJ...41..763A.
58. Rybicki, G. B. and A. R. Lightman, Радиационные процессы в астрофизике, John Wiley & Sons, 1979, p. 288 ISBN  0-471-82759-2
59. "Cosmic Detectives". The European Space Agency (ESA). 2013-04-02. Получено 2013-04-25.
60. An accurate measurement of the cosmic microwave background was achieved by the COBE эксперимент. The final published temperature of 2.73 K was reported in this paper: Fixsen, D. J.; Cheng, E. S.; Cottingham, D. A.; Eplee, R. E., Jr.; Isaacman, R. B.; Mather, J. C.; Meyer, S. S.; Noerdlinger, P. D.; Shafer, R. A.; Weiss, R .; Wright, E. L.; Bennett, C. L.; Boggess, N. W.; Kelsall, T.; Moseley, S. H.; Silverberg, R. F.; Smoot, G.F .; Wilkinson, D. T.. (1994). "Cosmic microwave background dipole spectrum measured by the COBE FIRAS instrument", Астрофизический журнал, 420, 445. The most accurate measurement as of 2006 was achieved by the WMAP эксперимент.
61. Peebles (1993).
62. Бинни, Джеймс; Scott Treimane (1994). Galactic dynamics. Издательство Принстонского университета. ISBN  978-0-691-08445-9.
63. Oesch, P. A.; Brammer, G .; van Dokkum, P.; и другие. (1 марта 2016 г.). "A Remarkably Luminous Galaxy at z=11.1 Measured with Hubble Space Telescope Grism Spectroscopy". Астрофизический журнал. 819 (2): 129. arXiv:1603.00461. Bibcode:2016ApJ...819..129O. Дои:10.3847/0004-637X/819/2/129. S2CID  119262750.
64. M.D. Lehnert; Nesvadba, NP; Cuby, JG; Swinbank, AM; и другие. (2010). "Spectroscopic Confirmation of a galaxy at redshift z = 8.6". Природа. 467 (7318): 940–942. arXiv:1010.4312. Bibcode:2010Natur.467..940L. Дои:10.1038/nature09462. PMID  20962840. S2CID  4414781.
65. Watson, Darach; Christensen, Lise; Knudsen, Kirsten Kraiberg; Ричард, Йохан; Gallazzi, Anna; Michałowski, Michał Jerzy (2015). "A dusty, normal galaxy in the epoch of reionization". Природа. 519 (7543): 327–330. arXiv:1503.00002. Bibcode:2015Natur.519..327W. Дои:10.1038/nature14164. PMID  25731171. S2CID  2514879.
66. Bradley, L.; и другие. (2008). "Discovery of a Very Bright Strongly Lensed Galaxy Candidate at z ~ 7.6". Астрофизический журнал. 678 (2): 647–654. arXiv:0802.2506. Bibcode:2008ApJ...678..647B. Дои:10.1086/533519. S2CID  15574239.
67. Egami, E.; и другие. (2005). "Spitzer and Hubble Space Telescope Constraints on the Physical Properties of the z~7 Galaxy Strongly Lensed by A2218". Астрофизический журнал. 618 (1): L5–L8. arXiv:astro-ph/0411117. Bibcode:2005ApJ...618L...5E. Дои:10.1086/427550. S2CID  15920310.
68. Salvaterra, R.; Valle, M. Della; Campana, S .; Chincarini, G.; и другие. (2009). "GRB 090423 reveals an exploding star at the epoch of re-ionization". Природа. 461 (7268): 1258–60. arXiv:0906.1578. Bibcode:2009Natur.461.1258S. Дои:10.1038/nature08445. PMID  19865166. S2CID  205218263.
69. "Scientists observe supermassive black hole in infant universe". Phys.org.
70. Bañados, Eduardo; Venemans, Bram P.; Маццучелли, Кьяра; Farina, Emanuele P .; Walter, Fabian; Ван, Файги; Декарли, Роберто; Стерн, Дэниел; Фань, Сяохуэй; Davies, Frederick B.; Хеннави, Джозеф Ф .; Simcoe, Роберт А .; Turner, Monica L.; Rix, Hans-Walter; Ян, Цзинььи; Kelson, Daniel D.; Rudie, Gwen C.; Winters, Jan Martin (January 2018). "An 800-million-solar-mass black hole in a significantly neutral Universe at a redshift of 7.5". Природа. 553 (7689): 473–476. arXiv:1712.01860. Bibcode:2018Natur.553..473B. Дои:10.1038/nature25180. PMID  29211709. S2CID  205263326.
71. Saxena, A. (2018). "Discovery of a radio galaxy at z = 5.72". Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества. 480 (2): 2733–2742. arXiv:1806.01191. Bibcode:2018MNRAS.480.2733S. Дои:10.1093/mnras/sty1996. S2CID  118830412.
72. Walter, Fabian; Bertoldi, Frank; Carilli, Chris; Cox, Pierre; и другие. (2003). "Molecular gas in the host galaxy of a quasar at redshift z = 6.42". Природа. 424 (6947): 406–8. arXiv:astro-ph/0307410. Bibcode:2003Natur.424..406W. Дои:10.1038/nature01821. PMID  12879063. S2CID  4419009.
73. Smail, Ian; Owen, F. N.; Morrison, G. E.; Keel, W. C.; и другие. (2002). "The Diversity of Extremely Red Objects". Астрофизический журнал. 581 (2): 844–864. arXiv:astro-ph/0208434. Bibcode:2002ApJ...581..844S. Дои:10.1086/344440. S2CID  51737034.
74. Totani, Tomonori; Yoshii, Yuzuru; Iwamuro, Fumihide; Maihara, Toshinori; и другие. (2001). "Hyper Extremely Red Objects in the Subaru Deep Field: Evidence for Primordial Elliptical Galaxies in the Dusty Starburst Phase". Астрофизический журнал. 558 (2): L87–L91. arXiv:astro-ph/0108145. Bibcode:2001ApJ...558L..87T. Дои:10.1086/323619. S2CID  119511017.
75. Lineweaver, Charles; Tamara M. Davis (2005). «Заблуждения о Большом взрыве». Scientific American. 292 (3): 36–45. Bibcode:2005SciAm.292c..36L. Дои:10.1038 / scientificamerican0305-36.
76. Naoz, S.; Noter, S.; Barkana, R. (2006). "The first stars in the Universe". Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества: письма. 373 (1): L98–L102. arXiv:astro-ph/0604050. Bibcode:2006MNRAS.373L..98N. Дои:10.1111/j.1745-3933.2006.00251.x. S2CID  14454275.
77. Lesgourgues, J; Pastor, S (2006). "Massive neutrinos and cosmology". Отчеты по физике. 429 (6): 307–379. arXiv:astro-ph/0603494. Bibcode:2006PhR...429..307L. Дои:10.1016/j.physrep.2006.04.001. S2CID  5955312.
78. Grishchuk, Leonid P (2005). "Relic gravitational waves and cosmology". Успехи физики. 48 (12): 1235–1247. arXiv:gr-qc/0504018. Bibcode:2005PhyU...48.1235G. Дои:10.1070/PU2005v048n12ABEH005795. S2CID  11957123.
79. Sobral, David; Matthee, Jorryt; Darvish, Behnam; Schaerer, Daniel; Мобашер, Бахрам; Röttgering, Huub J. A.; Santos, Sérgio; Hemmati, Shoubaneh (4 June 2015). "Evidence For POPIII-Like Stellar Populations In The Most Luminous LYMAN-α Emitters At The Epoch Of Re-Ionisation: Spectroscopic Confirmation". Астрофизический журнал. 808 (2): 139. arXiv:1504.01734. Bibcode:2015ApJ...808..139S. Дои:10.1088/0004-637x/808/2/139. S2CID  18471887.
80. Прощай, Деннис (17 июня 2015 г.). "Astronomers Report Finding Earliest Stars That Enriched Cosmos". Нью-Йорк Таймс. Получено 17 июн 2015.
81. M. J. Geller & J. P. Huchra, Наука 246, 897 (1989). онлайн
82. See the official CfA интернет сайт Больше подробностей.
83. Shaun Cole; Percival; Павлин; Norberg; и другие. (2005). "The 2dF galaxy redshift survey: Power-spectrum analysis of the final dataset and cosmological implications". Mon. Нет. R. Astron. Soc. 362 (2): 505–34. arXiv:astro-ph/0501174. Bibcode:2005MNRAS.362..505C. Дои:10.1111/j.1365-2966.2005.09318.x. S2CID  6906627. 2dF Galaxy Redshift Survey homepage
84. "SDSS-III". www.sdss3.org.
85. Marc Davis; DEEP2 collaboration (2002). «Научные цели и первые результаты обзора красного смещения DEEP2». Конференция по астрономическим телескопам и приборам, Вайколоа, Гавайи, 22–28 августа 2002 г.. arXiv:Astro-ph / 0209419. Bibcode:2003SPIE.4834..161D. Дои:10.1117/12.457897.

Источники

Статьи

• Оденвальд, С. & Финберг, RT. 1993; «Пересмотр галактических красных смещений» в Небо и телескоп Февраль 2003 г .; pp31–35 (Эта статья полезна при дальнейшем чтении, чтобы различать 3 типа красного смещения и их причины.)
• Лайнуивер, Чарльз Х. и Тамара М. Дэвис "Заблуждения о Большом взрыве ", Scientific American, Март 2005 г. (Эта статья полезна для объяснения механизма космологического красного смещения, а также для прояснения заблуждений относительно физики расширения пространства.)

Книги

• Нуссбаумер, Гарри; Лидия Биери (2009). Открытие расширяющейся Вселенной. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-51484-2.
• Бинни, Джеймс; Майкл Меррифельд (1998). Галактическая астрономия. Издательство Принстонского университета. ISBN  978-0-691-02565-0.
• Кэрролл, Брэдли В. и Дейл А. Остли (1996). Введение в современную астрофизику. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. ISBN  978-0-201-54730-6.
• Фейнман, Ричард; Лейтон, Роберт; Пески, Мэтью (1989). Лекции Фейнмана по физике. Vol. 1. Эддисон-Уэсли. ISBN  978-0-201-51003-4.
• Грён, Эйвинд; Хервик, Сигбьорн (2007). Общая теория относительности Эйнштейна. Нью-Йорк: Спрингер. ISBN  978-0-387-69199-2.
• Катнер, Марк (2003). Астрономия: физическая перспектива. Издательство Кембриджского университета. ISBN  978-0-521-52927-3.
• Миснер, Чарльз; Thorne, Kip S .; Уилер, Джон Арчибальд (1973). Гравитация. Сан-Франциско: В. Х. Фриман. ISBN  978-0-7167-0344-0.
• Пиблз, П. Дж. Э. (1993). Принципы физической космологии. Издательство Принстонского университета. ISBN  978-0-691-01933-8.
• Тейлор, Эдвин Ф .; Уилер, Джон Арчибальд (1992). Физика пространства-времени: введение в специальную теорию относительности (2-е изд.). W.H. Фримен. ISBN  978-0-7167-2327-1.
• Вайнберг, Стивен (1971). Гравитация и космология. Джон Вили. ISBN  978-0-471-92567-5.
• Смотрите также учебники по физической космологии для приложений космологического и гравитационного красного смещения.

внешняя ссылка

• Учебник по космологии Неда Райта
• Космический справочник: статья о красном смещении
• Учебник Майка Лучука по астрономическому красному смещению
• Анимированный GIF космологического красного смещения Уэйн Ху
• Меррифилд, Майкл; Хилл, Ричард (2009). "Z Redshift". SIXTψ SYMBΦLS. Брэди Харан для Ноттингемский университет.