Новый способ измерения скорости расширения Вселенной: дрейф красного смещения
В 1929 году Эдвин Хаббл опубликовал первые убедительные доказательства того, что Вселенная расширяется. Он продемонстрировал корреляцию между галактическим расстоянием и красным смещением. Чем дальше была галактика, тем больше ее свет смещался в красную часть спектра.
Теперь мы знаем, что это связано с космическим расширением. Само пространство расширяется, из-за чего далекие галактики кажутся удаляющимися от нас. Скорость этого расширения известна как постоянная Хаббла, и хотя у нас есть хорошее представление о ее значении, между различными результатами все еще есть некоторое противоречие.
Одна из трудностей в разрешении этого противоречия заключается в том, что пока мы можем измерить космическое расширение только в том виде, в каком оно проявляется прямо сейчас.
Это также означает, что мы не можем определить, связано ли космическое расширение с общей теорией относительности или с более тонким расширением модели Эйнштейна. Но по мере создания новых мощных телескопов мы сможем наблюдать эволюцию космического расширения благодаря так называемому эффекту дрейфа красного смещения.
Постоянная Хаббла имеет значение около 70 км/с на мегапарсек. Это означает, что если галактика находится на расстоянии около 1 мегапарсека (около 3 миллионов световых лет), то галактика удаляется от нас со скоростью около 70 км/с. Если галактика находится на расстоянии 2 мегапарсеков, она будет удаляться со скоростью около 140 км/с.
Чем больше расстояние до галактики, тем больше ее скорость удаления. Поскольку Вселенная все еще расширяется, с каждым годом галактика становится немного дальше, а значит, ее красное смещение должно становиться немного больше. Другими словами, космическое расширение означает, что красное смещение галактик должно со временем смещаться в сторону красного.
Этот дрейф чрезвычайно мал. Для галактики, удаленной на 12 миллиардов световых лет, ее видимая скорость будет составлять около 95% скорости света, а ее дрейф составит всего 15 см/с каждый год. Это слишком мало для наблюдения с помощью современных телескопов.
Но когда в 2027 году Чрезвычайно большой телескоп (ELT) начнет собирать данные, он сможет наблюдать этот дрейф во времени. По оценкам, через 5–10 лет точных наблюдений ELT сможет увидеть дрейф красного смещения порядка 5 см/с. Хотя это станет мощным инструментом в нашем понимании Вселенной, для этого потребуется много данных и много времени. Поэтому в новой статье предлагается другой метод с использованием гравитационного линзирования.
Авторы называют этот эффект разностью красных смещений. Вместо того, чтобы наблюдать красное смещение галактики в течение десятилетий, команда предлагает искать далекие галактики, которые гравитационно линзированы более близкой галактикой.
Многие далекие галактики линзируются более близкой галактикой между нами и отдаленной, но большинство галактик с линзой выглядят как одна искаженная дуга сбоку от галактики переднего плана.
Но иногда гравитационное линзирование может создать несколько изображений далекой галактики. Поскольку каждое изображение далекой галактики идет к нам немного другим путем, расстояние каждого пути также немного отличается.
Таким образом, вместо того, чтобы десятилетиями ждать, пока галактика удалится от нас, мы можем получить снимки галактики, разделенные годами или десятилетиями. Каждое изображение будет иметь немного отличающееся красное смещение, и, сравнив их, мы сможем измерить дрейф красного смещения.
Хотя это все еще находится за пределами нашей текущей способности обнаружения. Но пока мы ждем запуска таких телескопов, как ELT, мы можем искать далекие линзированные галактики с несколькими изображениями. Таким образом, когда у нас будет возможность обнаружить дрейф красного смещения, нам не придется ждать результата десятилетиями.