انتقال به سرخ کیهان‌شناختی و فاصله

با انبساط جهان، نور گسیل‌شده از منابع دوردست به طول موج‌های بلندتر کشیده می‌شود که به آن انتقال به سرخ کیهان‌شناختی می‌گویند. همچنین، مفهوم فاصله به چندین معیار متمایز و وابسته به انبساط تقسیم می‌شود.

Definition

انتقال به سرخ کیهان‌شناختی، افزایش طول موج نور به اندازه‌ی عاملی است که عامل مقیاس در طول سفر نور رشد کرده است. فواصل کیهان‌شناختی نیز مقادیری وابسته به ناظر و روش اندازه‌گیری (هم‌حرکت، درخشندگی، قطر زاویه‌ای) هستند که تنها در حد نزدیک و با انتقال به سرخ کم، به یک فاصله اقلیدسی واحد کاهش می‌یابند.

Scope

این موضوع به انتقال به سرخ کیهان‌شناختی به عنوان کشیدگی طول موج‌ها توسط رشد عامل مقیاس، تمایز آن از انتقال به سرخ دوپلر و گرانشی، و خانواده معیارهای فاصله (هم‌حرکت، ویژه، درخشندگی، و قطر زاویه‌ای) که در یک فضا-زمان در حال انبساط پدید می‌آیند، می‌پردازد. همچنین، چگونگی ارتباط هر یک از این معیارها با انتقال به سرخ و تاریخچه انبساط مورد بررسی قرار می‌گیرد.

Core questions

• چرا انتقال به سرخ کیهان‌شناختی صرفاً یک انتقال دوپلر نیست؟
• چگونه انتقال به سرخ با تاریخچه انبساط جهان مرتبط است؟
• چرا چندین تعریف مختلف از فاصله در کیهان‌شناسی وجود دارد؟

Key concepts

• انتقال به سرخ کیهان‌شناختی
• عامل مقیاس در زمان گسیل
• فاصله هم‌حرکت
• فاصله درخشندگی
• فاصله قطر زاویه‌ای
• شمع‌ها و خط‌کش‌های استاندارد

Key theories

انتقال به سرخ ناشی از رشد عامل مقیاس

طول موج مشاهده‌شده نور به نسبت میزان رشد عامل مقیاس از زمان گسیل کشیده می‌شود، بنابراین انتقال به سرخ مستقیماً انبساط نسبی جهان را بین گسیل و مشاهده اندازه‌گیری می‌کند، نه یک سرعت محلی را.

معیارهای چندگانه فاصله

در یک جهان در حال انبساط، فاصله درخشندگی (از درخشندگی مشاهده‌شده) و فاصله قطر زاویه‌ای (از اندازه مشاهده‌شده) با یکدیگر و با فاصله هم‌حرکت متفاوت هستند، که همگی از طریق انتقال به سرخ و تاریخچه انبساط به هم مرتبط می‌شوند؛ بنابراین، فاصله‌ای که استنباط می‌شود به آنچه اندازه‌گیری می‌شود بستگی دارد.

Clinical relevance

این روابط، مشاهدات را به کیهان‌شناسی تبدیل می‌کنند: اندازه‌گیری درخشندگی ابرنواخترهای شمع استاندارد در برابر انتقال به سرخ آن‌ها، انبساط شتاب‌دار را آشکار می‌سازد؛ و فواصل قطر زاویه‌ای تا تابش زمینه کیهانی و ویژگی‌های خوشه‌بندی کهکشانی، هندسه و محتویات جهان را محدود می‌کنند.

History

اسلیفر اولین انتقال به سرخ کهکشان‌ها را در دهه ۱۹۱۰ اندازه‌گیری کرد و هابل در سال ۱۹۲۹ انتقال به سرخ‌ها را با تخمین‌های فاصله ترکیب کرد تا رابطه خطی انتقال به سرخ-فاصله را آشکار سازد؛ درک این تغییرات به عنوان انبساط کیهان‌شناختی به جای حرکت معمولی، از تفسیر فریدمان-لومتر از نسبیت عام نشأت گرفت.

Key figures

• Edwin Hubble
• Georges Lemaitre
• Vesto Slipher

Seminal works

• weinberg2008
• hogg1999

Frequently asked questions

آیا کهکشان‌ها به این دلیل به سرخ منتقل می‌شوند که از ما دور می‌شوند؟

در مقیاس‌های کیهان‌شناختی، انتقال به سرخ ناشی از انبساط فضا است که نور را در حین عبور می‌کشد، نه از حرکت در فضا؛ در نزدیکی می‌توان آن را به عنوان یک سرعت عقب‌نشینی تقریب زد، اما در انتقال به سرخ بالا، تفسیر انبساط ضروری است و 'سرعت‌های' عقب‌نشینی حتی می‌توانند از c فراتر روند بدون نقض نسبیت.

چرا یک شیء دورتر در برخی موارد می‌تواند بزرگ‌تر به نظر برسد؟

زیرا فاصله قطر زاویه‌ای در یک جهان در حال انبساط به حداکثر خود می‌رسد و سپس در انتقال به سرخ بالا کاهش می‌یابد، اشیاء بسیار دور می‌توانند زاویه بزرگ‌تری را نسبت به اشیاء کمی نزدیک‌تر پوشش دهند، که این یک اثر غیرشهودی است که در هندسه اقلیدسی روزمره وجود ندارد.