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光学方法测量宇宙扩展

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Ann Arbor,Mich,4月28日,2021年4月28日 - 密歇根大学和夏威夷大学天文学大学的研究人员提出了一种使用光的光学方法Quasar.s确定宇宙扩张的速度。研究人员表示,该方法比以前的方法更直接。以这种方式以这种方式使用了Quasars;然而,新方法称为强度关联斑点,测量来自相同标准的两条光路径中的红色移位之间的差异。

当光线延伸通过扩展宇宙时,红色移位发生,导致其波长伸长。

当一个巨大的星系团位于地球和某个类星体之间时,来自同一个类星体的光可以直接到达我们这里,或者它可以由于类星体的引力而绕着星系团弯曲。在星系团周围弯曲的光可以在沿直线到达地球的光到达100年后到达,这可以导致类星体成为“强透镜”。这意味着看起来像四个类星体的东西实际上只是一个类星体,它发出的光会被星系团的引力折射。
艺术家在ULAS J1120 + 0641中的吸收盘的渲染,这是一个非常远的Quasar,由超大的黑洞供电,质量为20亿次太阳的批量。由ESO / M。Kornmesser。
艺术家绘制的ULAS J1120+0641中的吸积盘,这是一个非常遥远的类星体,由一个质量为太阳20亿倍的超大质量黑洞提供能量。由ESO / M。Kornmesser。

理论上,物理学家可以测量从单个Quasar到地球的弯曲路径中行进的光的红移,并将其与在不同的路径中传播到地球的光的红移。然而,通过测量它们颜色的时间变化,直接测量两条路径之间的微小红移,对应于十年左右的小型扩展,而在十年左右的宇宙的小扩展相对应可能的。

“这些不同图像的红移被延迟了,而在这个延迟中,宇宙膨胀了。普通的光谱仪无法测量这一点,在普通光谱仪中,你可以非常精确地测量两条距离很近的线的波长,”密歇根大学的物理学家Gregory Tarlé说。“不能这样做的原因是光源包含各种随机移动的原子,并发射辐射多普勒班次艾德。”

这一收集多普勒班次,称为多普勒展宽,使光频率在相同的图像内扩展到难以准确测量一个准图像的平均红移的程度。

“这个项目源于我一段时间的一个想法,那就是直接测量宇宙的膨胀。问题是,我们没有光谱仪可以测量100年内发生的宇宙小红移,”夏威夷大学宇宙学理论家Istvan Szapudi说。“这样的测量将直接告诉我们宇宙在10年内膨胀了多少,最终确定了哈勃常数,这是目前宇宙学的圣杯。”

Tarlé和Szapudi找到了密歇根大学的光学物理学家Roberto Merlin,他提出了一种光学物理的方法,称为强度相关。这种方法考虑了这种多普勒展宽光的频率集合,并将频率压缩成一条平均线。

当两个调整叉子同时击中两个调谐叉时,Tarlé将过程与Harmony One相比。的多普勒效应它通常被描述为救护车经过时发出的声音;梅林·莫尔斯特别将他的方法比作一组救护车向北行驶和一组救护车向南行驶。在救护车发出的刺耳的声音中,会传出一个砰砰的声音。

将方法应用于Quasars的光,沿着一个路径弯曲到地球的光具有一个平均频率,并且沿另一个路径弯曲的光具有另一个平均频率。Merlin的方法测量两者之间的差异来确定准Quasar的加速度。

“我们的效果利用了多普勒和其他形式的展大对原子发出的光颜色之间的相对差异影响,如果未容未加强的颜色非常相似,”密歇根大学研究生和共同作者诺亚格林说。“就好像我们的救护车都有两个克拉斯音乐音乐音乐非常靠近,而且我们可以弄清楚这些球场的距离有多远。”

原则上,研究人员表示,如果他们可以测量不同红移的数百项Quasars的加速,他们可以测量宇宙的加速度。

测试理论的下一步,Tarlé说,将是开发仪器,可以与大型地面为基础集成望远镜s。该仪器将精确地测量由强镜头的标准条件发出的光子的到达时间,以便物理学家可以确定红移。

“所以如果我们能够做到这一点,我们不仅可以直接衡量哈勃恒定的函数,我们还可以衡量黑暗能量对宇宙加速的影响,”Tarlé说。“这就是为什么这太令人兴奋了。”

这项研究发表在物理评论A.(www.doi.org/10.1103/PhysRevA.103.L041701)。


photonics.com.
4月2021年
词汇表
干涉测量
基于光的波动特性对干涉现象的研究和利用。
Quasar.
准恒星的收缩。似乎是一个明星的天文对象,但具有不同,更大的红移。
望远镜
由透镜或镜子组成的另一个异构光学装置,通常具有比统一的倍率大,使得通过在视网膜上放大它们的图像来使远处物体更加不同。
多普勒效应
由于源或观察者的相对运动而对波频率产生的影响。从远离观测者的源发出的辐射似乎比从静止源发出的辐射的频率更低。从一个向观测者移动的源发出的辐射似乎比从一个固定源发出的辐射的频率更高。
多普勒班次
由于多普勒效应而观察到波频的改变,在每秒循环中表示的大小。
多普勒展宽
可能相等的辐射频率的扩展,导致谱线变宽。当辐射的原子、分子或原子核相对于观测者具有不同的速度时,就会产生这种效应,因此就会产生不同的多普勒偏移。
研究与技术 光学 干涉测量 Quasar. 望远镜 非常大的望远镜 多普勒 多普勒效应 多普勒班次 多普勒展宽 密歇根大学 夏威夷大学 红移 引力红移 扩张 宇宙扩张 哈勃常数

注释
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Laurin出版,Photonics Media
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