Дрейф червоного зміщення: новий спосіб вимірювання швидкості розширення Всесвіту

У 1929 році Едвін Хаббл опублікував перші переконливі докази того, що Всесвіт розширюється. Спираючись на дані Весто Слайфера та Генрієтти Лівітт, Хаббл продемонстрував кореляцію між галактичною відстанню та червоним зміщенням. Чим далі була галактика, тим більше її світло виглядало зміщеним до червоного кінця спектра. Тепер ми знаємо, що це пов’язано з космічним розширенням. Сам простір розширюється, через що віддалені галактики ніби віддаляються від нас. Швидкість цього розширення відома як параметр Хаббла, і хоча ми маємо гарне уявлення про його значення, між різними результатами все ще існує деяка суперечність.

Одна з труднощів у розв’язанні цієї напруги полягає в тому, що поки що ми можемо виміряти космічне розширення лише таким, яким воно виглядає зараз. Це також означає, що ми не можемо визначити, чи є космічне розширення результатом загальної теорії відносності чи більш тонким розширенням моделі Ейнштейна. Але в міру створення потужних нових телескопів ми можемо спостерігати еволюцію космічного розширення завдяки тому, що відомо як дрейфовий ефект червоного зсуву.

Параметр Хаббла має значення близько 70 км/с на мегапарсек. Це означає, що якщо галактика знаходиться на відстані близько 1 мегапарсека (приблизно 3 мільйони світлових років), то, здається, галактика віддаляється від нас зі швидкістю приблизно 70 км/с. Якщо галактика знаходиться на відстані 2 мегапарсеків, вона віддалятиметься зі швидкістю приблизно 140 км/с. Чим більша відстань до галактики, тим більша її видима швидкість. Оскільки Всесвіт все ще розширюється, з кожним роком галактика дещо віддаляється, а це означає, що її червоне зміщення має стати трохи більшим. Іншими словами, космічне розширення означає, що червоне зміщення галактик з часом має більше дрейфувати до червоного.

Цей дрейф надзвичайно малий. Для галактики, що знаходиться на відстані 12 мільярдів світлових років, її видима швидкість становила б приблизно 95% швидкості світла, тоді як її дрейф становив би лише 15 см/с щороку. Це занадто мало для спостережень за допомогою сучасних телескопів. Але коли у 2027 році Надзвичайно великий телескоп (ELT) почне збирати дані, він зможе вчасно спостерігати цей дрейф. За оцінками, після 5-10 років точних спостережень ELT зможе побачити дрейфи червоного зміщення порядку 5 см/с. Хоча це стане потужним інструментом для нашого розуміння Всесвіту, це займе багато даних і багато часу. Отже, нова стаття пропонує інший метод із застосуванням гравітаційного лінзування.

Автори називають цей ефект різницею червоного зміщення. Замість того, щоб спостерігати за червоним зміщенням галактики протягом десятиліть, команда пропонує шукати далекі галактики, які мають гравітаційні лінзи ближчої галактики. Багато далеких галактик лінзуються ближчою галактикою між нами та віддаленою, але більшість лінзованих галактик виглядають як єдина спотворена дуга збоку від галактики на передньому плані.

Але іноді гравітаційне лінзування може створити кілька зображень далекої галактики. Оскільки кожне зображення далекої галактики має дещо інший шлях, щоб досягти нас, відстань кожного шляху також дещо відрізняється. Тож замість того, щоб чекати десятиліттями, поки галактика відійде від нас, ми можемо отримати знімки галактики, розділені роками чи десятиліттями. Кожне зображення матиме дещо інший червоний зсув, і, порівнюючи їх, ми зможемо виміряти дрейф червоного зсуву. Це все ще не в змозі виявити. Але поки ми чекаємо на підключення таких телескопів, як ELT, ми можемо шукати далекі лінзовані галактики за допомогою кількох зображень. Таким чином, коли ми матимемо можливість виявляти дрейф червоного зміщення, нам не доведеться чекати десятиліттями на результат. Джерело