Le nom du scientifique qui a découvert le phénomène de redshift. Redshift gravitationnel

La lumière émise par une étoile, vue globalement, est une oscillation électromagnétique. Vu localement, ce rayonnement est constitué de quanta de lumière - les photons, qui sont des vecteurs d'énergie dans l'espace. Nous savons maintenant que le quantum de lumière émis excite la particule élémentaire de l'espace la plus proche, qui transfère l'excitation à la particule voisine. Basé sur la loi de conservation de l'énergie, dans ce cas la vitesse de la lumière doit être limitée. Cela montre la différence entre la propagation de la lumière et l'information, qui (l'information) a été considérée dans la section 3.4. Une telle idée de la lumière, de l'espace et de la nature des interactions a conduit à un changement dans l'idée de l'univers. Par conséquent, la notion de décalage vers le rouge comme augmentation des longueurs d'onde dans le spectre de la source (décalage des raies vers la partie rouge du spectre) par rapport aux raies des spectres de référence doit être revue et la nature de l'apparition de cet effet doit être établie (voir Introduction, paragraphes 7 et ).

Le redshift est dû à deux raisons. Premièrement, on sait que le décalage vers le rouge dû à l'effet Doppler se produit lorsque le déplacement de la source lumineuse par rapport à l'observateur entraîne une augmentation de la distance qui les sépare.

Deuxièmement, du point de vue de la physique fractale, le décalage vers le rouge se produit lorsque l'émetteur est placé dans la région d'un grand champ électrique de l'étoile. Ensuite, dans une nouvelle interprétation de cet effet, les quanta de lumière - les photons - vont générer plusieurs

une fréquence d'oscillation différente par rapport au standard terrestre, dans lequel le champ électrique est négligeable. Cette influence du champ électrique de l'étoile sur le rayonnement conduit à la fois à une diminution de l'énergie du quantum naissant et à une diminution de la fréquence caractérisant le quantum ; en conséquence, la longueur d'onde du rayonnement = C / (C est la vitesse de la lumière, environ égale à 3 10 8 m / s). Étant donné que le champ électrique de l'étoile détermine également la gravité de l'étoile, nous appellerons l'effet de l'augmentation de la longueur d'onde du rayonnement par l'ancien terme "décalage gravitationnel vers le rouge".

Un exemple de redshift gravitationnel est le décalage de ligne observé dans les spectres du Soleil et des naines blanches. C'est l'effet du décalage gravitationnel vers le rouge qui est maintenant établi de manière fiable pour les naines blanches et pour le Soleil. Le redshift gravitationnel, équivalent à la vitesse, pour les naines blanches est de 30 km/s et pour le Soleil d'environ 250 m/s. La différence entre les décalages vers le rouge du Soleil et des naines blanches de deux ordres de grandeur est due aux différents champs électriques de ces objets physiques. Considérons cette question plus en détail.

Comme mentionné ci-dessus, un photon émis dans le champ électrique d'une étoile aura une fréquence d'oscillation modifiée. Pour dériver la formule du décalage vers le rouge, nous utilisons la relation (3.7) pour la masse du photon : m ν = h /C 2 = Е/С 2 , où Е est l'énergie du photon proportionnelle à sa fréquence ν. Nous voyons donc que les variations relatives de la masse et de la fréquence du photon sont égales, nous les représentons donc sous cette forme : m ν /m ν = / = Е/С 2 .

La variation de l'énergie AE du photon naissant est causée par le potentiel électrique de l'étoile. Le potentiel électrique de la Terre, du fait de sa petitesse, n'est pas pris en compte dans ce cas. Alors le redshift relatif d'un photon émis par une étoile de potentiel électrique φ et de rayon R est égal dans le système SI.

RED SHIFT, une augmentation des longueurs d'onde (réduction des fréquences) du rayonnement électromagnétique d'une source, se manifestant par un décalage des raies spectrales ou d'autres détails du spectre vers l'extrémité rouge (ondes longues) du spectre. Le décalage vers le rouge est généralement estimé en mesurant le décalage de la position des raies du spectre de l'objet observé par rapport aux raies spectrales d'une source de référence de longueurs d'onde connues. Quantitativement, le décalage vers le rouge est mesuré par l'amplitude de l'augmentation relative des longueurs d'onde :

Z \u003d (λ dans -λ exp) / λ exp,

où λ prin et λ isp - respectivement, la longueur de l'onde reçue et de l'onde émise par la source.

Il y en a deux raisons possibles redshift. Cela peut être dû à l'effet Doppler, lorsque la source de rayonnement observée est supprimée. Si, dans ce cas, z « 1, alors la vitesse d'élimination est ν = cz, où c est la vitesse de la lumière. Si la distance à la source diminue, on observe un décalage de signe opposé (déplacement dit violet). Pour les objets de notre Galaxie, les déplacements vers le rouge et le violet ne dépassent pas z= 10 -3 . Dans le cas de vitesses élevées comparables à la vitesse de la lumière, un décalage vers le rouge se produit en raison d'effets relativistes même si la vitesse de la source est dirigée à travers la ligne de visée (effet Doppler transverse).

Un cas particulier du redshift Doppler est le redshift cosmologique observé dans le spectre des galaxies. Le redshift cosmologique a été découvert pour la première fois par V. Slifer en 1912-14. Il résulte d'une augmentation des distances entre les galaxies, due à l'expansion de l'Univers, et croît en moyenne linéairement avec l'augmentation des distances à la galaxie (loi de Hubble). Quand pas trop grandes valeurs redshift (z< 1) закон Хаббла обычно используется для оценки расстояний до внегалактических объектов. Наиболее далёкие наблюдаемые объекты (галактики, квазары) имеют красные смещения, существенно превышающие z = 1. Известно несколько объектов с z >6. Avec de telles valeurs de z, le rayonnement émis par la source dans la région visible du spectre est reçu dans la région IR. En raison de la finitude de la vitesse de la lumière, les objets avec de grands décalages vers le rouge cosmologiques sont observés tels qu'ils étaient il y a des milliards d'années, à l'ère de leur jeunesse.

Le décalage vers le rouge gravitationnel se produit lorsque le récepteur de lumière se trouve dans une zone avec un potentiel gravitationnel φ inférieur à celui de la source. Dans l'interprétation classique de cet effet, les photons perdent une partie de leur énergie pour vaincre les forces de gravité. En conséquence, la fréquence caractérisant l'énergie du photon diminue, et la longueur d'onde augmente en conséquence. Pour des champs gravitationnels faibles, la valeur du redshift gravitationnel est égale à z g = Δφ/с 2 , où Δφ est la différence entre les potentiels gravitationnels de la source et du récepteur. Il s'ensuit que pour les corps à symétrie sphérique z g = GM/Rc 2 , où M et R sont la masse et le rayon du corps rayonnant, G est la constante gravitationnelle. Une formule plus précise (relativiste) pour les corps sphériques non rotatifs est :

z g \u003d (1 -2GM / Rc 2) -1/2 - 1.

Le redshift gravitationnel est observé dans le spectre des étoiles denses (naines blanches) ; pour eux z g ≤10 -3 . Le redshift gravitationnel a été découvert dans le spectre de la naine blanche Sirius B en 1925 (W. Adams, USA). Le rayonnement des régions internes des disques d'accrétion autour des trous noirs devrait avoir le redshift gravitationnel le plus fort.

Une propriété importante de tout type de redshift (Doppler, cosmologique, gravitationnel) est l'absence de dépendance de z à la longueur d'onde. Cette conclusion est confirmée expérimentalement : pour une même source de rayonnement, les raies spectrales dans les domaines optique, radio et X ont le même décalage vers le rouge.

Lit.: Zasov A. V., Postnov K. A. Astrophysique générale. Friazino, 2006.

CHANGEMENT ROUGE

CHANGEMENT ROUGE(désignation z), une augmentation de la longueur d'onde de la lumière visible ou d'une autre gamme de RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE, causée soit par l'éloignement de la source (effet DOPPLER) soit par l'expansion de l'Univers ( cm.UNIVERS EN EXPANSION). Il est défini comme le changement de la longueur d'onde d'une raie spectrale particulière, par rapport à la longueur d'onde de référence de cette raie. Les redshifts causés par l'expansion de l'univers, appelés redshift cosmologique, rien à voir avec l'effet Doppler. L'effet Doppler est dû au mouvement dans l'espace, tandis que le redshift cosmologique est causé par l'expansion de l'espace lui-même, qui étire littéralement les longueurs d'onde de la lumière se déplaçant vers nous. Plus le temps de parcours de la lumière est long, plus sa longueur d'onde est étirée. Comme le montre la CONSTANTE DE HUBBLE, le redshift gravitationnel est un phénomène prédit par THÉORIE GÉNÉRALE RELATIVITE Albert EINSTEIN. La lumière émise par une étoile doit faire un travail pour surmonter le champ gravitationnel de l'étoile. En conséquence, il y a une petite perte d'énergie résultant de l'augmentation de la longueur d'onde, de sorte que toutes les raies spectrales sont décalées vers la couleur rouge.

Certains effets de décalage vers le rouge, dans lesquels la lumière émise par les étoiles est décalée vers l'extrémité la plus longue (rouge) du spectre, peuvent être expliqués par l'effet Doppler. Tout comme un radar (A) peut calculer la position d'un objet en mouvement en mesurant le temps nécessaire pour qu'un signal envoyé (1) revienne (2), le mouvement des étoiles peut être mesuré par rapport à la Terre. La longueur d'onde d'une étoile qui ne semble pas s'approcher ou s'éloigner de la Terre (B) ne change pas. La longueur d'onde d'une étoile qui s'éloigne de la Terre augmente (C) et se déplace vers l'extrémité rouge du spectre. La longueur d'onde d'une étoile s'approchant de la Terre (D) diminue et se déplace vers l'extrémité bleue du spectre.

Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique.

Voyez ce que "REDSHIFT" est dans d'autres dictionnaires :

Décalage vers le rouge des raies spectrales éléments chimiques vers le côté rouge (grande longueur d'onde). Ce phénomène peut être une expression de l'effet Doppler ou du redshift gravitationnel, ou une combinaison des deux. Décalage du spectre ... Wikipedia

Encyclopédie moderne

Une augmentation des longueurs d'onde des raies du spectre de la source de rayonnement (décalage des raies vers la partie rouge du spectre) par rapport aux raies des spectres de référence. le décalage vers le rouge se produit lorsque la distance entre la source de rayonnement et son récepteur ... ... Grand dictionnaire encyclopédique

Décalage vers le rouge- REDSHIFT, augmentation des longueurs d'onde des raies du spectre de la source de rayonnement (décalage des raies vers la partie rouge du spectre) par rapport aux raies des spectres de référence. Le décalage vers le rouge se produit lorsque la distance entre la source de rayonnement et... ... Dictionnaire encyclopédique illustré

L'augmentation des lignes de longueurs d'onde (l) dans el. magn. spectre de la source (décalage des raies vers la partie rouge du spectre) par rapport aux raies des spectres de référence. Quantitativement K. s. caractérisé par la valeur z \u003d (lprin lsp) / lsp, où lsp et lprin ... ... Encyclopédie physique

Une augmentation des longueurs d'onde des raies du spectre de la source de rayonnement (décalage des raies vers la partie rouge du spectre) par rapport aux raies des spectres de référence. Le décalage vers le rouge se produit lorsque la distance entre une source de rayonnement et son récepteur est... ... Dictionnaire encyclopédique

Une augmentation des longueurs d'onde des raies du spectre de la source de rayonnement (décalage des raies vers la partie rouge du spectre) par rapport aux raies des spectres de référence. Le décalage vers le rouge se produit lorsque la distance entre la source de rayonnement et son récepteur ... ... Dictionnaire astronomique

redshift- raudonasis poslinkis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. vok de changement de vitesse rouge. Rotverschiebung, f rus. redshift, npranc. decalage vers le rouge, m; déplacement vers le rouge, m … Fizikos terminų žodynas

- (Métagalactique) - abaisser les fréquences du rayonnement électromagnétique des galaxies (lumière, ondes radio) par rapport à la fréquence des sources de laboratoire (terrestres) de rayonnement électromagnétique. En particulier, les raies de la partie visible du spectre sont décalées vers son rouge... ... Encyclopédie philosophique

Une augmentation des longueurs d'onde X dans le spectre de la source de rayonnement optique (décalage des raies spectrales vers la partie rouge du spectre) par rapport aux raies X des spectres de référence. K. s. se produit lorsque la distance entre la source de rayonnement et l'observateur ... ... Grand dictionnaire polytechnique encyclopédique

Livres

Redshift, Evgeny Gulyakovsky. L'ancien soldat afghan Gleb Yarovtsev, enchaîné à un fauteuil roulant après avoir été grièvement blessé, se retrouve soudain au centre de l'attention des recruteurs d'une autre réalité de la Terre. Il est en train de retrouver la santé...

Que pensez-vous que signifie le terme "Expansion de l'Univers", quelle est l'essence de ce phénomène.

Comme vous l'avez deviné, la base réside dans le concept de redshift. Il a pris forme dès 1870, lorsqu'il a été remarqué par le mathématicien et philosophe anglais William Clifford. Il est arrivé à la conclusion que l'espace n'est pas le même à différents points, c'est-à-dire qu'il est courbé et qu'il peut changer avec le temps. La distance entre les galaxies augmente, mais les coordonnées restent les mêmes. De plus, ses hypothèses ont été réduites au fait que ce phénomène est en quelque sorte lié au déplacement de la matière. Les conclusions de Clifford ne sont pas passées inaperçues et après un certain temps ont formé la base du travail d'Albert Einstein intitulé "".

Premières idées sonores

Pour la première fois, des informations précises sur l'expansion de l'Univers ont été présentées à l'aide de l'astrospectrographie. En Angleterre, en 1886, l'astronome amateur William Huggins a noté que les longueurs d'onde de la lumière des étoiles étaient décalées par rapport aux mêmes ondes terrestres. Une telle mesure est devenue possible grâce à l'interprétation optique de l'effet Doppler, dont l'essence est que la vitesse des ondes sonores est constante dans un milieu homogène et ne dépend que des propriétés du milieu lui-même, auquel cas il est possible de calculer l'amplitude de la rotation de l'étoile. Toutes ces actions nous permettent de déterminer secrètement le mouvement d'un objet spatial.

La pratique de la mesure des vitesses

Littéralement 26 ans plus tard, à Flagstaff (USA, Arizona), un membre de la National Academy of Sciences, Westo Slifer, étudiant le spectre des nébuleuses spirales à travers un télescope avec un spectrographe, fut le premier à indiquer les différences de vitesses des amas , c'est-à-dire Galaxies, par spectres intégraux. Étant donné que le taux d'étude était faible, il a quand même réussi à calculer que la nébuleuse se rapproche de 300 km de notre planète chaque seconde. Déjà en 1917, il prouva le décalage vers le rouge de plus de 25 nébuleuses, dans la direction desquelles une asymétrie importante était visible. Seuls quatre d'entre eux se sont dirigés vers la Terre, tandis que le reste s'est éloigné, et à une vitesse assez impressionnante.

Formation de la loi

Une décennie plus tard, le célèbre astronome Edwin Hubble a prouvé que le décalage vers le rouge des galaxies éloignées est supérieur à celui des galaxies plus proches, et qu'il augmente proportionnellement à la distance qui les sépare. Il a également obtenu une constante appelée la constante de Hubble, qui est utilisée pour trouver les vitesses radiales de n'importe quelle galaxie. La loi de Hubble, comme aucune autre, concerne le décalage vers le rouge des quanta électromagnétiques. Compte tenu de ce phénomène, il est présenté non seulement sous forme classique mais aussi sous forme quantique.

Moyens populaires de trouver

Aujourd'hui, l'un des moyens fondamentaux pour trouver les distances intergalactiques est la méthode " bougie standard”, dont l'essence est l'affaiblissement du flux inversement proportionnel au carré de sa distance. Edwin utilisait généralement des céphéides (étoiles variables), dont la luminosité est d'autant plus grande que leur périodicité de changement de lueur est grande. Ils sont toujours utilisés à l'heure actuelle, bien qu'ils ne soient visibles qu'à une distance inférieure à 100 millions de sv. années. De même, les supernovae de type la, caractérisées par la même lueur d'environ 10 milliards d'étoiles comme notre Soleil, connaissent un grand succès.

Percées récentes

Sur la photo - l'étoile RS Puppis, qui est une céphéide

Plus récemment, des progrès significatifs ont été réalisés dans le domaine de la mesure des distances interstellaires, qui est associé à l'utilisation d'un télescope spatial nommé d'après E. Hubble (, HST). Avec l'aide de laquelle le projet de recherche de céphéides de galaxies éloignées de nous est mis en œuvre. L'un des objectifs du projet est une détermination plus précise de la constante de Hubble, la responsable de l'ensemble du projet, Wendy Friedman et ses collègues, lui donnent une estimation de 0,7, contrairement au 0,55 accepté par Edwin lui-même. Le télescope Hubble recherche également des supernovae à des distances cosmiques et détermine l'âge de l'Univers.

Pour la première fois, le phénomène de déplacement des raies spectrales dans le spectre des étoiles lors de l'analyse spectrale a été remarqué par le Français I. Fizeau en 1848, et il a proposé d'expliquer ce phénomène à l'aide. L'essence du phénomène est simple : plus le décalage vers le rouge dans le spectrogramme d'un objet est important, plus l'objet s'éloigne rapidement de nous. En général, en s'éloignant de l'objet, la lumière « devient rouge », et en s'approchant, elle « se décale » du côté violet. Les entiers ont également un décalage vers le rouge. Grâce au décalage vers le rouge, la rotation des galaxies a été découverte. D'une extrémité, la lumière de la galaxie est décalée vers le côté rouge, de l'autre - vers le violet. En conséquence, ça tourne ! Les galaxies lointaines ont un déplacement plus important que les galaxies proches, et sa valeur croît proportionnellement à la distance. Ainsi, plus une galaxie est éloignée, plus elle s'éloigne de nous rapidement.
Le décalage vers le rouge, conformément à la théorie de la relativité, est pris en compte dans le concept d'expansion spatiale. Ce changement est également causé à la fois par l'expansion de l'espace et le mouvement propre des galaxies. Tout s'explique simplement : lors du voyage de la lumière dans l'espace depuis la source jusqu'à nous, il y a aussi une expansion de l'espace. En conséquence, la longueur d'onde de la source s'étend également au cours de son trajet. Lorsque l'espace est doublé, la longueur d'onde doublera également.

Agrandissement de l'espace

Le décalage vers le rouge est un indicateur de l'expansion de l'Univers. Dans le processus d'expansion de l'espace, les galaxies augmentent la distance entre elles, mais leurs coordonnées restent les mêmes.Ce processus peut être compris si nous imaginons que l'espace est une balle en caoutchouc sur laquelle les galaxies sont "collées". Avec sa forme sphérique, les distances entre les objets augmenteront en tout point au fur et à mesure que le ballon est gonflé. Seulement ici, le centre à partir duquel le retrait se produit ne le sera pas. Mais alors les dimensions linéaires doivent également changer à l'intérieur système solaire. Il s'ensuit que la valeur de l'étalon de longueur - le mètre - devrait également changer. Ensuite, il s'avère que le nombre de mètres jusqu'aux objets distants reste toujours le même et qu'il n'y a aucune possibilité de mesurer l'expansion de l'espace.

Redshift et quasars

H. Arp, l'un des découvreurs, suggère que ces objets ont leur propre redshift interne. Cela ne dépend pas de la suppression de l'objet. Les quasars sont des objets assez petits à l'échelle cosmique. Mais si les décalages vers le rouge sont corrects à la lumière de la loi de Hubble, alors les distances qui les séparent, leurs masses et la vitesse de leur élimination auront des valeurs énormes.

Les vitesses des quasars, à des milliards d'années-lumière de nous, peuvent atteindre des dizaines de milliers de kilomètres par seconde.

Le décalage vers le rouge de l'objet 3C48 montre que sa vitesse est d'environ la moitié de la vitesse de la lumière et que sa distance est de 3,78 milliards d'années-lumière. Et le quasar 3C196 a généralement battu tous les records: sa distance est de 12 milliards d'années-lumière et sa vitesse est de près de 200 000 km / s!

"vieillissement" de la lumière

Certains astronomes remettent en question la théorie du décalage vers le rouge, ou plutôt la conclusion selon laquelle sa nature fait que les galaxies se dispersent nécessairement, et même à des vitesses fantastiques. L'idée a été avancée que la lumière, en raison du voyage extrêmement long à travers le gaz raréfié de l'espace intergalactique, devient rouge. Cela est dû à la perte de courtes longueurs d'onde dans le spectre, et les nébuleuses deviennent plus rouges, bien que les lignes du spectre ne se déplacent pas. Mais le décalage vers le rouge implique exactement ce processus. Peut-être que la lumière, voyageant indéfiniment dans l'univers, perd une partie de son énergie. De ce fait, il y a un allongement des ondes, qui génère un décalage vers le rouge, mais n'est pas associé au recul des galaxies. Cependant, cette théorie n'a pas encore été confirmée, personne n'a encore été en mesure de prouver que la lumière peut perdre de l'énergie de quelque manière que ce soit. Et où va cette énergie ? grande question. L'exemple des quasars le montre : plus ils sont éloignés de nous, plus leur décalage vers le rouge est important, et comme mentionné, respectivement, leur taux d'élimination est plus élevé.