Позагалактична астрономія - Юрій Кудря 2016

РОЗДІЛ 3

ПОВЕРХНЕВА ФОТОМЕТРІЯ ГАЛАКТИК

3.13. Релятивістський закон Толмена

Порівняння поверхневої яскравості далеких галактик з близькими не є тривіальним. Річ у тім, що поняття сталість поверхневої яскравості з’явилося, як йшлося в п. 3.1, з прийняттям геометрії Евкліда. На великих відстанях, однак, не можна прийняти евклідовість геометрії, необхідно використовувати певну космологічну просторово-часову модель. Врахування геометрії фрідманівських моделей призводить до того, що болометрична поверхнева яскравість зменшується з червоним зміщенням згідно з (3.3). На певній довжині хвилі вона спадає як (1 + z)^-3. Для поверхневої яскравості у певному фільтрі значення показника степеня в законі спадання має знаходитись між 3 та 4.

Вимірювання ефекту Толмена є дуже важливим для космології: він дає можливість або прямо підтвердити космологічні нестаціонарні фрідманівські моделі, або спростувати їх на користь теорій стаціонарного Всесвіту. Свого часу проблема нестаціонарного Всесвіту була дуже актуальною. Навіть Габбл, який відкрив закон розбігання галактик відповідно до фрідманівських моделей, за словами його учня Сендейджа, мав сумніви щодо нестаціонарного Всесвіту. Як одна з альтернатив пояснення червоного зміщення висувалася гіпотеза «старіння» фотонів, згідно з якою поверхнева яскравість спадала як (1 + z)^-1. Показник у законі спадання Сендейдж зі співавторами визначали у двох серіях праць (1991 і 2001 років, Любін та Сендейдж, 2001) за еліптичними галактиками у скупченнях. Було показано, що з набагато більшою ймовірністю показник є близьким до того значення, яке передбачає модель Всесвіту, що розширяється, ніж за гіпотезою «старіння» фотонів.

Ефект Толмена відіграє також велику роль у розв’язанні так званого космологічного фотометричного парадокса Ольберса. Через різке зменшення поверхневої яскравості для далеких джерел (а також скінченість спостережуваної частини Всесвіту та ефект почервоніння джерел) нічне небо не може мати таку поверхневу яскравість, як зоря.