Deplasare fotometrică spre roșu

Deplasarea fotometrică spre roșu  - o estimare a deplasării către roșu a unui obiect, obținută fără utilizarea metodelor de spectroscopie , ci numai prin metode de fotometrie . În comparație cu deplasarea către roșu, care este măsurată spectroscopic, o astfel de estimare are o acuratețe mai mică, dar este nevoie de mai puțin timp pentru a o obține. Deplasările fotometrice spre roșu sunt adesea folosite în astronomia extragalactică și cosmologie , deoarece pot fi măsurate pentru un număr mare de galaxii și quasari simultan .

Metoda de măsurare a deplasării fotometrice spre roșu a fost dezvoltată și aplicată pentru prima dată de William Alvin Baum în 1962.

Descriere

Deplasările la roșu ( ) ale diferitelor obiecte pot fi măsurate direct la studierea spectrelor lor: pentru aceasta, linii spectrale sau alte caracteristici sunt identificate în spectrul observat, se calculează deplasarea lor față de poziția „normală” [1] . Cu toate acestea, este posibil să se estimeze și deplasarea spre roșu fără a folosi metode de spectroscopie , dar numai prin metode fotometrice  - valoarea măsurată în acest mod se numește deplasare fotometrică către roșu [2] [3] [4] . Unele caracteristici ale spectrului unui obiect, cum ar fi un salt Balmer sau Lyman , pot fi observate nu numai în spectrul său, ci și atunci când se compară intensitatea radiației observate în diferite benzi fotometrice și pentru un anumit spectru intrinsec al sursei, distribuția intensității observate în benzi va depinde de deplasarea spre roșu [5] [6] .

Observațiile spectroscopice de suficientă acuratețe nu sunt disponibile pentru toate obiectele și, în acele cazuri în care sunt posibile, trebuie să petrecem mult timp observând un obiect. Observații fotometrice care fac posibilă măsurarea avantajului deplasării spre roșu în acest sens, dar nu pot oferi aceeași acuratețe mare de măsurare. În astronomia și cosmologie extragalactică, deplasările fotometrice spre roșu sunt utilizate pe scară largă, deoarece pot fi măsurate imediat pentru un număr mare de galaxii și quasari , iar deplasarea către roșu a acestor obiecte servește ca măsură convenabilă a distanței până la ele. Pentru multe probleme din aceste zone, acuratețea deplasării fotometrice spre roșu este acceptabilă [2] [3] .

Metode

Există două metode cele mai comune pentru măsurarea deplasărilor fotometrice către roșu [2] [7] :

• Metoda de potrivire a distribuției de energie în spectru ( de exemplu  , ajustarea distribuției spectrale a energiei observate ) este aceea că distribuția observată a radiației pe lungimi de undă este comparată cu un anumit set de spectre standard și se caută care spectru standard se potrivește cel mai bine cu acesta. cu care unul [7] .
• Metoda  setului de antrenament empiric se bazează pe faptul că eșantionul de „antrenament” de galaxii este folosit pentru a construi o relație empirică între magnitudini și deplasarea spre roșu cunoscută dinainte. Conform acestei dependențe , ele sunt deja determinate pentru alte galaxii. Această metodă nu necesită ipoteze despre proprietățile fizice ale galaxiilor și spectrelor lor, ceea ce este convenabil pentru galaxiile cu deplasări mari spre roșu, ale căror spectre nu au fost suficient studiate.În plus, pentru a aplica această metodă, este suficient să observați galaxia în un număr mic de filtre. Cu toate acestea, o astfel de dependență empirică nu este universală și trebuie compilată separat pentru fiecare probă de galaxii, în plus, sunt posibile abateri sistematice în această metodă datorită faptului că eșantionul de „antrenament” constă de obicei din galaxii luminoase, deoarece este pentru acestea că există de obicei deplasări spre roșu măsurate [7] .

În plus, sunt cunoscute încă două metode [8] :

• Măsurarea deplasării între două distribuții de energie în benzi fotometrice pentru galaxii cu diferite deplasări spre roșu. Din punct de vedere istoric, aceasta a fost prima metodă de măsurare a deplasării fotometrice către roșu (vezi mai jos ) [8] .
• O metodă bazată pe modelarea diagramei culoare-culoare pentru diferite galaxii cu o anumită deplasare spre roșu. Deși diagramele de culoare din indicii de culoare folosiți în mod obișnuit depind puțin de deplasarea spre roșu, pentru unele sisteme de culoare complexe, pozițiile modelelor de galaxii cu valori diferite diferă. Astfel, în funcție de poziția observată a galaxiei pe diagramă, se poate estima deplasarea către roșu a acesteia [8] .

Istorie

Pentru prima dată, William Alvin Baum a dezvoltat o metodă pentru determinarea deplasării spre roșu prin metoda fotometrică în 1962. A folosit un fotometru fotoelectric, a făcut măsurători în 9 benzi spectrale în intervalul de la 3730 la 9875 angstromi și a observat 6 galaxii eliptice în clusterul Fecioara și 3 în clusterul Abell 801 . Apoi, Baum a măsurat schimbarea distribuțiilor de energie pe benzi (vezi mai sus ) între galaxii ale diferitelor grupuri, concentrându-se pe saltul Balmer în intensitatea radiației la o lungime de undă de 4000 angstroms [3] . Astfel, el a calculat deplasarea spre roșu a clusterului Abell 801: rezultatul său a fost , care s-a dovedit a fi apropiat de valoarea măsurată spectroscopic, . Mai târziu, Baum a reușit să folosească această metodă pentru grupuri mai îndepărtate cu deplasare către roșu necunoscută, până la [4] [8] [9] .

În 1986, a fost dezvoltată o metodă mai avansată: a folosit un set de spectre standard și a folosit metoda de minimizare a chi-pătrat pentru a determina ce spectru standard cu care deplasarea la roșu corespunde spectrului observat . Pentru galaxiile a căror deplasare spre roșu a fost deja măsurată spectroscopic, s-a dovedit că deviația standard între deplasările spre roșu fotometrice și spectroscopice este de 0,12 [4] .

În sondajul SDSS , care a început să fie compilat în anii 1990, sistemul fotometric utilizat este conceput, printre altele, pentru a măsura deplasările fotometrice către roșu, această valoare fiind măsurată pentru mai mult de 200 de milioane de galaxii în acest studiu. Deviația pătratică medie a lui , unde este deplasarea fotometrică spre roșu și este spectroscopică, este 0,0205 în aceste date [4] [10] [11] .

Note

1. ↑ Zasov A.V. Redshift // Marea Enciclopedie Rusă . - Editura BRE , 2010. - T. 15. - 767 p. - ISBN 978-5-85270-346-0 .
2. ↑ 1 2 3 Ce sunt deplasările fotometrice către roșu? . www.bo.astro.it . Preluat la 11 august 2022. Arhivat din original la 11 august 2022. (nedefinit)
3. ↑ 1 2 3 Salvato M., Ilbert O., Hoyle B. The many flavors of photometric redshifts  // Nature Astronomy. — 2019-06-01. - T. 3 . — S. 212–222 . — ISSN 2397-3366 . - doi : 10.1038/s41550-018-0478-0 . Arhivat din original pe 31 mai 2022.
4. ↑ 1 2 3 4 Clasificarea obiectelor în funcție de distribuția energiei în spectru . Astronet . Preluat la 11 august 2022. Arhivat din original la 24 octombrie 2021. (nedefinit)
5. ↑ 2.3.5. Regresie: deplasări fotometrice către roșu ale galaxiilor . scikit-learn (nedefinit)documentatie . Preluat la 11 august 2022. Arhivat din original la 21 septembrie 2021.
6. ↑ Schneider E. Deplasări fotometrice spre roșu și funcția de luminozitate a galaxiei  . Astrobites (1 iunie 2011). Preluat la 11 august 2022. Arhivat din original la 11 august 2022.
7. ↑ 1 2 3 Bolzonella M., Miralles J.-M., Pelló R. Deplasări fotometrice către roșu bazate pe procedurile standard de ajustare SED  // Astronomy and Astrophysics. - 2000-11-01. - T. 363 . — S. 476–492 . — ISSN 0004-6361 . Arhivat din original pe 11 august 2022.
8. ↑ 1 2 3 4 Deplasări fotometrice spre roșu . ned.ipac.caltech.edu . Preluat la 11 august 2022. Arhivat din original la 27 septembrie 2021. (nedefinit)
9. ↑ Abt H. A. William A. Baum (1924–2012)  (engleză) . — 01-12-2012. — Vol. 44 , iss. 1 . Arhivat din original pe 2 martie 2022.
10. ↑ Deplasări fotometrice spre roșu . SDSS . Preluat la 11 august 2022. Arhivat din original la 11 august 2022. (nedefinit)
11. ↑ Beck R., Dobos L., Budavári T., Szalay AS, Csabai I. Photometric redshifts for the SDSS Data Release 12  // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. — 2016-08-01. - T. 460 . - S. 1371-1381 . — ISSN 0035-8711 . - doi : 10.1093/mnras/stw1009 . Arhivat din original pe 6 august 2022.