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光学方法测量宇宙膨胀

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密歇根州安娜堡。那April 28, 2021 — Researchers from the University of Michigan and the University of Hawaii Institute of Astronomy proposed an optical method that uses the light from类星体S来确定宇宙膨胀的速率。研究人员说,这种方法比以前的方法更直接。类星体以前就以这种方式被使用过;然而,这种被称为强度相关散斑的新方法测量的是来自同一类星体的光在两条路径上的红移之差。

红移发生在光在膨胀的宇宙中传播时,它的波长也随之拉长。

当一个巨大的星系簇位于地球和给定的时征之间时,来自相同的Quasar的光可以直接向我们行进,或者由于簇的重力,它可以围绕星系集群弯曲。围绕群集弯曲的光可以在直线上行进地球的光线到达100年后,这可能导致四个“强烈镜头”。这意味着什么可能看起来像四个Quasars实际上只是一个额外的Quasar,其光线被Galaxy Cluster的引力拉动折射。
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。
艺术家在ULAS J1120 + 0641中的吸收盘的渲染,一个非常远的Quasar,由超大的黑洞提供动力,质量为20亿次太阳。由ESO / M。kornmesser。

理论上,物理学家可以测量从单一类星体以弯曲路径到达地球的光的红移,并将其与以不同路径到达地球的光的红移进行比较。然而,虽然通过测量它们颜色的时间变化已经确定了少数类星体的时间延迟,但直接测量两条路径之间的微小红移,对应于宇宙在10年左右的时间内的小规模膨胀,是不可能的。

“这些不同图像的红移被延迟,并且在这种延迟中,宇宙已经扩展。Michigan Memicyist GregoryTarlé说,测量这不能用普通光谱仪进行普通光谱仪,在那里测量两个紧密间隔线的光波的波长。““无法完成的原因是因为光源包含随机移动和发射辐射的各种原子多普勒频移ed。“

多普勒频移的集合,叫做多普勒扩大,导致光频率在同一幅图像中分散,以至于很难精确测量一幅类星体图像的平均红移。

“这个项目出现了一个我有一段时间的想法,这是直接衡量宇宙的扩张。问题是,我们没有可以测量宇宙中宇宙的小型红移的光谱仪,“夏威夷大学理论家Istvan Szapudi说。“这样的测量将直接告诉我们宇宙在10年内扩大了多少,最终确定哈勃常数,即宇宙的圣杯。”

Tarlé和Szapudi接近密歇根州光学物理学家罗伯托梅林大学,他建议了一种称为强度相关的光学物理学的方法。该方法考虑了这种多普勒 - 扩展光的频率的集合,并将频率压缩成平均线。

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。这多普勒效应本身通常被描述为救护车的声音,因为它通过它;Merlin Mores专门将他的方法与一群救护车一起旅行北部和一群救护车行驶。在由救护车产生的声音的心理中,单个比赛音符会通过。

将这种方法应用于来自类星体的光,沿一条路径弯曲到地球的光有一个平均频率,沿另一条路径弯曲的光有另一个平均频率。梅林的方法通过测量两者之间的差异来确定类星体的加速度。

“我们的效应利用了一个事实,即如果未加宽的颜色非常相似,那么多普勒和其他形式的加宽对原子发出的颜色之间的相对差异几乎没有影响,”密歇根大学的研究生和合著者诺亚·格林说。“就好像我们的救护车上都有两只喇叭声,它们的音高在音乐上非常接近,通过这些不和谐的声音,我们可以知道这些音高之间有多远。”

理论上,研究人员说,如果他们能测量出数百个不同红移的类星体的加速度,他们就能测量出宇宙的加速度。

Tarlé说,测试该理论的下一步将是开发可以与大型地面集成的仪器望远镜该仪器将精确测量强透镜类星体发出的光子的到达时间,这样物理学家就可以确定红移。

“因此,如果我们能做到这一点,那么我们不仅可以直接测量作为红移函数的哈勃常数,我们还可以测量暗能量对宇宙加速的影响,”Tarlé说。“这就是为什么这件事如此令人兴奋。”

该研究发表在物理评论一个www.doi.org/10.1103/physreva.103.l041701)。


photonics.com.
2021年4月
术语表
干涉测量法
基于光波特性的干扰现象的研究和利用。
类星体
类恒星的收缩。一个看起来像恒星的天体,但有着不同的,更大的红移。
望远镜
透镜:一种由透镜或镜子组成的聚焦光学装置,通常具有比整体更大的放大率,通过在视网膜上放大它们的图像使远处的物体更加清晰
多普勒效应
由于源或观察者的相对运动,波频产生的效果。从远离观察者移动的源发射的辐射看起来比从静止源发射的辐射较低的频率。从朝向观察者移动的源发射的辐射看起来比从静止源的频率更高。
多普勒频移
多普勒效应引起的波频变化的幅度,以每秒的周数表示
多普勒扩大
导致光谱线的潜在等辐射频率的扩展。当辐射原子时,分子或核相对于观察者具有不同的速度,因此产生这种效果,因此产生不同的多普勒偏移。
研究与技术 光学 干涉测量法 类星体 望远镜 甚大望远镜 多普勒 多普勒效应 多普勒频移 多普勒扩大 密歇根大学 夏威夷大学 红移 引力红移 扩张 宇宙扩张 霍布尔常数

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