114. Космологическое красное смещение

Космологическое (метагалактическое) красное смещение — наблюдаемое для всех далёких источников (галактики, квазары) понижение частот излучения, объясняемое как динамическое удаление этих источников друг от друга и, в частности, от нашей Галактики, то есть как нестационарность (расширение) Метагалактики.

Космологическое красное смещение связано с расширением пространства согласно ОТО. В наблюдаемое красное смещение от галактик вносит вклад как космологическое красное смещение из-за расширения пространства Вселенной, так и красное или фиолетовое смещения эффекта Доплера вследствие собственного движения галактик. При этом на больших расстояниях вклад космологического красного смещения становится преобладающим.

Образование космологического красного смещения можно представить так: рассмотрим свет — электромагнитную волну, идущую от далёкой галактики. В то время как свет летит через космос, пространство расширяется. Вместе с ним расширяется и волновой пакет. Соответственно, изменяется и длина волны. Если за время полёта света пространство расширилось в два раза, то и длина волны и волновой пакет увеличивается в два раза.

115. Гравитационное линзирование.

Гравитационное линзирование – физическое явление, связанное с отклонением лучей света в поле тяжести. Гравитационные линзы объясняют образование кратных изображений одного и того же астрономического объекта (квазаров, галактик), когда на луч зрения от источника к наблюдателю попадает другая галактика или скопление галактик (собственно линза). В некоторых изображениях происходит усиление яркости оригинального источника.

116. Гравитационные волны

Гравитацио́нная волна́ — гипотетическая волна гравитации (порождаемая, как предполагается, ускоренным движением гравитирующих тел), «отрывающаяся» от источника гравитации и свободно распространяющаяся в пространстве, приводящая к изменению (возмущению) гравитационного поля в окружающем пространстве (т. н. «рябь пространства-времени»). Ввиду относительной слабости (по сравнению с прочими) гравитационных сил, эти волны должны иметь весьма малую величину, с трудом поддающуюся регистрации.

Гравитационные волны предсказываются общей теорией относительности (ОТО) и многими другими теориями гравитации, но ввиду их чрезвычайной малости пока не зарегистрированы напрямую. Тем не менее, косвенные свидетельства их существования достаточно весомы — ОТО предсказывает совпадающие с наблюдениями темпы сближения тесных систем двойных звёзд за счёт потери энергии на излучение гравитационных волн. Прямая регистрация гравитационных волн, которую, как планируется, смогут провести на новом поколении гравитационных телескопов Advanced LIGO/VIRGO, является важной задачей современной физики и астрономии. В рамках ОТО гравитационные волны описываются решениями уравнений Эйнштейна волнового типа, представляющими собой движущееся со скоростью света возмущение метрики пространства-времени.

117. Критическая плотность Вселенной

Выводы из теории Фридмана относительно будущего существенно зависят от соотношения между сегодняшними значениями постоянной Хаббла и средней плотности вещества во Вселенной. Существует определённая критическая величина плотности, которая и будет определять дальнейший сценарий эволюции. Эта плотность определяется величиной скорости убегания u_II (второй космической скорости) с поверхности однородного шара:

Если при этом исходная скорость объекта (галактики) v = u_II, то на бесконечности эта скорость стремится к нулю, а если v > u_II, то — к некоторой ненулевой величине.

118. Сценарий будущего и параметры Вселенной при ρ < ρ_c

Если фактическая плотность меньше критического значения ρ_с: ρ < ρ_c (т. е. v>u_II), то тяготение не сможет остановить расширение. Хотя расширение и будет замедляться, но оно не сменится сжатием. При этом пространство бесконечно, а при однородной плотности бесконечно и общее количество вещества во Вселенной. Геометрия пространства неевклидова, а кривизна отрицательна. Седловидная поверхность (гиперболический параболоид) – пример поверхности второго порядка с постоянной отрицательной кривизной.

119. Сценарий будущего и параметры Вселенной при ρ = ρ_c

При средней плотности, равной критической ρ = ρ_c (т. е. v = u_II), скорость расширения стремится к нулю (происходит замедление расширения), кривизна пространства равна нулю, и пространство в среднем обладает евклидовой геометрией. Плоскость – пример поверхности второго порядка с нулевой кривизной

120. Сценарий будущего и параметры Вселенной при ρ > ρ_c

Если же плотность больше критической ρ_с: ρ > ρ_c (т. е. v < u_II), то притяжение велико и наблюдаемое в настоящее время расширение должно в будущем смениться остановкой и сжатием. В этом случае Вселенная представляет собой замкнутое, но неограниченное трёхмерное пространство. Его объём в каждый момент конечен, количество вещества во всей Вселенной имеет вполне определённое значение, не изменяющееся с течением времени. Геометрия пространства неевклидова, а кривизна положительна. Сфера – пример поверхности второго порядка с постоянной положительной кривизной.

121. Параметр Хаббла

Постоя́нная Ха́ббла — коэффициент, входящий в закон Хаббла, который связывает расстояние до внегалактического объекта со скоростью его удаления. Обычно обозначается буквой H. Имеет размерность, обратную времени (H = 2,3·10⁻¹⁸ с⁻¹), но выражается обычно в км/с на мегапарсек.

Наиболее надёжная оценка постоянной Хаббла на 2013 год составляет 67,80 ± 0,77 (км/с)/Мпк; таким образом, в современную эпоху две галактики, разделённые расстоянием в 1 Мпк, в среднем разлетаются со скоростью ~70 км/с. В моделях расширяющейся Вселенной постоянная Хаббла изменяется со временем, но в каждый данный момент времени во всех точках Вселенной постоянная Хаббла одинакова.

Параметр Хаббла для относительно близких галактик выше, чем для далёких галактик. То есть, параметр Хаббла не оставался постоянным на протяжении значительных промежутков времени (сотни миллионов и миллиарды лет), — он увеличивался, и, следует полагать, продолжает увеличиваться.