Как измеряются красные смещения

К.А.Постнов

Космологическое красное смещение - это наблюдаемое смещение спектральных линий в сторону длинных волн от далекого космического источника (например, галактики или квазара) в расширяющейся Вселенной по сравнению с длиной волны тех же линий, измеренной от неподвижного источника. Оно выражается безразмерным отношением разницы принятой и испущенной длины волны по отношению к испущенной длине волны. Например, если линия ионизированного водорода Лайман-альфа с длиной волны Ангстрем (1А= м) наблюдается на длине волны А, то красное смещение этой галактики .

Красные смещения вызываются эффектом Допплера. Зная красное смещение , можно определить скорость удаления галактики . Если скорость галактики невелика по сравнению со скоростью света км/с, она выражается по простой формуле . Если измеренное по спектральным линиям , скорость связана с более сложным образом, но всегда остается меньше скорости света.

По красному смещению можно определить не только скорость удаления далекой галактики от наблюдателя, но и расстояние до нее, воспользовавшись законом Хаббла: , где - постоянная Хаббла. Давайте определим, например, расстояние до некоторой галактики, при радионаблюдениях которой было найдено, что длина волны нейтрального водорода  см наблюдается на  см, т.е. ее красное смещение . Приняв значение постоянной Хаббла км/с/Мпк, из закона Хаббла находим Мпк.

Красное смещение также является мерой времени, протекшего с момента начала расширения Вселенной до момента испускания света в галактике. В рамках модели однородной и изотропной Вселенной со средней плотностью, равной критической плотности, это время выражается по формуле . Так, по современным астрономическим данным, самые первые галактики образовались в момент времени, соответствующий красному смещению 5, то есть спустя примерно 1/15 часть современного возраста Вселенной. Значит, свет от этих галактик шел до нас примерно 8.5 миллиардов лет.