Глава 8. Вселенная

8.1. Расширяющаяся Вселенная

8.1.3. Красное смещение

Наличие красного смещения у галактик позволяет с большой точностью определять расстояния до них. Чем сильнее смещены линии в спектре галактик, тем дальше галактика. Этот метод определения расстояний до галактик основан на хорошо известном в физике эффекте Доплера, впервые внедренном в астрономическую практику известным русским астрономом А. А. Белопольским.

1

Рисунок 8.1.3.1. Смещение линий в спектре далекой галактики

Допустим, имеется какой-либо источник электромагнитных колебаний. Если этот источник движется относительно наблюдателя, то частота колебаний в системе координат наблюдателя будет меняться согласно этому принципу на величину, зависящую от отношения скорости движения источника к скорости света. При удалении источника частота его излучения (колебаний) уменьшается, при приближении   увеличивается. Если пользоваться не частотой, а длиной волны, то в системе координат наблюдателя излучение источника будет описываться формулой
где – изменение длины волны, V – скорость удаления галактики, c – скорость света, λ₀ – длина волны лабораторного, неподвижного источника. С другой стороны, скорость источника связана с расстоянием до него по закону Хаббла:
где H – постоянная Хаббла, R – расстояние до галактики. Зная величину красного смещения например, для какой-нибудь галактики, мы можем определить расстояние до нее.

2

Рисунок 8.1.3.2. Зависимость красного смещения в спектрах галактик от расстояния до них (с учетом релятивистских поправок)

Некоторые квазары имеют большое красное смещение: обнаружен даже квазар с z = 5,82. Такие объекты удаляются со скоростью, близкой к скорости света. Обычная формула Доплера здесь уже неприменима. В таких случаях пользуются формулой из специальной теории относительности:

Определенная по этой формуле скорость квазара при любом красном смещении будет меньше скорости света.

По уточненным современным данным, численное значение H = 70 км/(с∙Мпк). Тогда время расширения Хаббла (вероятно, близкое ко времени расширения нашей Вселенной) T = 1/H = 14 миллиардов лет, а расстояние Хаббла (условный размер Вселенной) R = c/H = 4 300 Мпк.

В настоящее время красные смещения измерены у сотен тысяч галактик. Самые далекие из них находятся на расстоянии 12 миллиардов световых лет.