Redshift Vs. Dịch chuyển Doppler động học
Một thiên hà ở dịch chuyển đỏ z = 10, tương ứng với v≈80% của c. Khối lượng của Dải Ngân hà xung quanh1011M⊙, nếu chúng ta xem xét vật chất tối, nó là 1012M⊙. Con đường sữa của chúng ta do đó rất lớn. Nếu nó di chuyển ở 80%c, nó không phù hợp với khái niệm chung về cách các đối tượng chuyển động.
Chúng tôi biết,
$$ \ frac {v_r} {c} = \ frac {\ lambda_ {obs} - \ lambda {rest}} {\ lambda_ {rest}} $$
Đối với các giá trị nhỏ của z,
$$ z = \ frac {v_r} {c} = \ frac {\ lambda_ {obs} - \ lambda_ {rest}} {\ lambda_ {rest}} $$
Trong đồ thị sau đây, phân lớp giữa thông lượng và bước sóng, có các vạch phát xạ trên đỉnh của liên tục. TừH-α thông tin dòng, chúng tôi có thể kết luận rằng đại khái z = 7. Điều này ngụ ý rằng thiên hà đang di chuyển với 70%c. Chúng tôi đang quan sát một sự thay đổi và giải thích nó là vận tốc. Chúng ta nên loại bỏ quan niệm này và nhìn vàoztheo một cách khác. Hãy tưởng tượng không gian như một lưới 2D đại diện cho vũ trụ như hình dưới đây.
Hãy coi ngôi sao đen là dải ngân hà của chúng ta và ngôi sao xanh là một thiên hà khác. Khi chúng ta ghi lại ánh sáng từ thiên hà này, chúng ta nhìn thấy quang phổ và tìm ra dịch chuyển đỏ của nó, tức là thiên hà đang di chuyển ra xa. Khi photon được phát ra, nó có vận tốc tương đối.
Điều gì sẽ xảy ra nếu không gian được mở rộng?
Nó là một sự dịch chuyển đỏ tức thời của photon. Dịch chuyển đỏ tích lũy dọc theo không gian giữa hai thiên hà sẽ có xu hướng dịch chuyển đỏ lớn. Bước sóng sẽ thay đổi cuối cùng. Đó là sự giãn nở của không gian chứ không phải là chuyển động động học của các thiên hà.
Hình ảnh sau đây cho thấy nếu lực hấp dẫn lẫn nhau tràn qua sự giãn nở thì điều này không tham gia vào định luật Hubble.
Trong Chuyển dịch Doppler Động học, dịch chuyển đỏ được tạo ra trong một photon tại thời điểm phát xạ. Trong Dịch chuyển Đỏ vũ trụ, trong mỗi bước, nó đang bị dịch chuyển đỏ tích lũy. Trong thế năng hấp dẫn, một photon sẽ bị dịch chuyển màu xanh lam. Khi nó bò ra khỏi thế năng hấp dẫn, nó sẽ bị dịch chuyển đỏ.
Theo Thuyết tương đối hẹp, hai vật thể đi ngang qua nhau không thể có vận tốc tương đối lớn hơn vận tốc ánh sáng. Vận tốc mà chúng ta nói đến là sự giãn nở của vũ trụ. Đối với các giá trị lớn của z, dịch chuyển đỏ là vũ trụ học và không phải là một phép đo hợp lệ của vận tốc lặn thực tế của vật thể đối với chúng ta.
Nguyên lý vũ trụ
Nó bắt nguồn từ Copernicus Notioncủa vũ trụ. Theo quan niệm này, vũ trụ là đồng nhất và đẳng hướng. Không có hướng và vị trí ưa thích trong vũ trụ.
Đồng nhất có nghĩa là bất kể bạn cư trú ở phần nào của vũ trụ, bạn sẽ thấy vũ trụ giống nhau ở tất cả các phần. Tính chất đẳng hướng có nghĩa là bất kể bạn nhìn theo hướng nào, bạn sẽ thấy cùng một cấu trúc.
Một ví dụ phù hợp về tính đồng nhất là cánh đồng Lúa. Nó trông đồng nhất từ tất cả các bộ phận, nhưng khi gió chảy, có những thay đổi về hướng của nó, do đó nó không phải là đẳng hướng. Xét một ngọn núi trên một vùng đất bằng phẳng và một người quan sát đang đứng trên đỉnh núi. Anh ta sẽ thấy tính chất đẳng hướng của vùng đất bằng phẳng, nhưng nó không đồng nhất. Nếu trong một vũ trụ đồng nhất, nó là đẳng hướng tại một điểm, thì nó là đẳng hướng ở mọi nơi.
Đã có những cuộc khảo sát quy mô lớn để lập bản đồ vũ trụ. Sloan Digital Sky Surveylà một trong những cuộc khảo sát như vậy, không tập trung nhiều vào sự xuống dốc, nhưng vào đúng sự thăng thiên. Thời gian nhìn lại là khoảng 2 tỷ năm. Mỗi pixel tương ứng với vị trí của một thiên hà và màu sắc tương ứng với cấu trúc hình thái học. Màu xanh lục biểu thị thiên hà xoắn ốc màu xanh lam trong khi màu giả màu đỏ biểu thị các thiên hà lớn.
Các thiên hà có cấu trúc dạng sợi trong mạng vũ trụ và có những khoảng trống ở giữa các thiên hà.
$ \ delta M / M \ cong 1 $ tức là sự dao động của phân bố khối lượng là 1 M là khối lượng của vật chất có trong một hình lập phương nhất định. Trong trường hợp này, lấy khối lập phương 50 Mpc.
Đối với mặt lập phương có kích thước 1000 Mpc, $ \ delta M / M \ cong 10 ^ {- 4} $.
Một cách để định lượng độ đồng nhất là lấy dao động khối lượng. Biến động khối lượng sẽ cao hơn ở các quy mô thấp hơn.
Để định lượng bản chất đẳng hướng, hãy xem xét bức xạ phông vi sóng vũ trụ. Vũ trụ gần như đẳng hướng ở quy mô góc lớn.
Những điểm cần nhớ
Hai vật đi ngang qua nhau không thể có vận tốc tương đối lớn hơn vận tốc ánh sáng.
Nguyên lý vũ trụ phát biểu rằng vũ trụ là đồng nhất và đẳng hướng.
Sự đồng nhất này tồn tại ở quy mô góc rất lớn chứ không phải ở quy mô nhỏ hơn.
SDSS (Khảo sát Bầu trời Kỹ thuật số Sloan) là một nỗ lực lập bản đồ bầu trời đêm, xác minh Nguyên lý Vũ trụ.