Колко бързо се разпръскват галактиките
Да разгледаме две галактики в далечината L един от друг и се отдалечават един от друг със скорост V . Каква е стойността на червеното изместване в спектъра на първата галактика, измерена от наблюдател на втората?
Изглежда, че отговорът е очевиден. Стойност на пренасочване z е равно на:
(8,7)
Обаче такава величина на червеното изместване би могла да се очаква в неподвижна вселена. Но нашата Вселена се разширява! Може ли самият факт на разширяване на Вселената да повлияе на стойността на червеното изместване?
Нека променим състоянието на проблема. Сега да кажем, че галактиките са на фиксирано разстояние L далеч един от друг (например, те бавно се въртят около общ център на масата). Дали наблюдател на една галактика ще открие червено изместване в спектъра на друга, поради факта, че Вселената се разширява?
С разширяването на Вселената тя преодолява гравитационното привличане между частите си. Следователно, когато Вселената се разширява, скоростта на нейното разширяване намалява. Фотон, движещ се от една галактика в друга, точно както всеки обект във Вселената, гравитационно взаимодейства с разширяващата се материя и по този начин „забавя“ разширяването на Вселената. Следователно енергията на фотон, движещ се в разширяващата се Вселена, трябва да намалее. Нека направим количествени оценки.
Когато фотон излетя от една галактика, гравитационният потенциал във Вселената, създаден от цялата материя във Вселената, беше равен на F1. Когато фотонът пристигна във втората галактика, гравитационният потенциал във Вселената се увеличи поради разширяването на Вселената и стана равен на Ф2> Ф1 (докато | Ф2 |
По този начин, червеното изместване в спектъра на галактиката, която се отдалечава от нас, ще събере две части. Първата част, причинена директно от отстъпващата скорост на галактиката, е така нареченият доплеров ефект. Стойността му е равна на:
(8,8)
Втората част е причинена от факта, че Вселената се разширява и следователно гравитационният потенциал вътре в нея се увеличава. Това е така нареченото гравитационно червено изместване. Стойността му е равна на:
(8,9)
Тук F1 е гравитационният потенциал на Вселената в точката на заминаване на фотона, в момента на заминаването му; Ф2 е гравитационният потенциал на Вселената на мястото на регистрация на фотон, към момента на регистрацията му.
В резултат на това червеното изместване в спектъра на отдалечената от нас галактика ще бъде равно на:
(8.10)
И стигаме до много важно заключение. Само част от космологичното червено изместване, наблюдавано в емисионните спектри на далечни галактики, е пряко причинено от разстоянието на тези галактики от нас. Другата част от червеното изместване е причинена от увеличаване на гравитационния потенциал на Вселената. Следователно скоростите, с които галактиките се отдалечават от нас, по-малко, отколкото се приема в съвременната космология и съответно епохата на Вселената, Повече ▼.
Изчисленията, извършени през [194], показват, че ако плътността на Вселената е близка до критичната (подобен извод се прави на базата на изследване на широкомащабното разпределение на галактиките), тогава:
(8.11)
Тоест само 2/3 от космологичната стойност на червеното изместване z0 в спектрите на далечни галактики (8.10) се причинява от скоростта на отдалечаването на галактиката. Съответно константата на Хъбъл е 1,5 пъти по-малка, отколкото се приема в съвременната космология, а възрастта на Вселената, напротив, е 1,5 пъти по-голяма.