Redshift Quasar

gamma1954

Redshift Quasar


Le quasar 3C 273 a un redshift z = 0,158. Une question dans un manuel: pourrait-il s’agir d’un décalage vers la gravité plutôt que cosmologique (= résultant de l’expansion de l’espace)?

Ma réponse: non. Premièrement, la lumière visible du quasar est produite par le gaz d’accrétion à distance du trou noir supermassif central, et non par sa « surface » (qui n’existe pas physiquement). Dans les régions où la lumière est produite, le gradient de gravité (?) Ou la courbure de l’espace n’est pas assez grand pour produire z = 0,158. Un tel décalage vers le rouge ne pouvait être produit que très près du rayon de Schwarzschild.

Deuxièmement, si le redshift était gravitationnel, nous ne verrions pas une étroite ligne de Balmer H

β

avec z = 0,158 mais à la place une large ligne car une partie de la lumière provient de près de la « surface » (grand gradient de gravité) et une partie de la lumière plus éloignée.

Ai-je raison?

Réponses


 Rob Jeffries

Votre cas n’est pas tout à fait étanche à l’eau – cela dépend de votre affirmation selon laquelle la lumière optique qui est vue provient d’une certaine distance du trou noir (SMBH). Le fait est que le décalage vers le rouge gravitationnel peut être supérieur à 0,2 et il est également aidé par l’effet Doppler transversal relativiste dans le matériau en orbite.

Quelques détails:

Redshift gravitationnel autour d’un trou noir de masse

M

est régi par

z = ( 1 2 G M r c 2 ) 1/2 1 ,

z = ( 1 2 g M r c 2 ) 1 / 2 1 ,

r

est la coordonnée radiale d’une source de lumière en orbite autour des trous noirs. Cette formule s’appliquerait à toute distribution de masse à symétrie sphérique.

La dernière orbite circulaire stable possible autour d’un trou noir non tournant est à

r = 6 g M / c 2

, où

M

est la masse du trou noir. Cela signifie que le facteur de redshift gravitationnel pourrait être aussi grand que

0,22

.

En plus de cela, vous devez considérer le décalage Doppler relativiste.

Le décalage Doppler relativiste pour une source se déplaçant à une vitesse

v

à un angle

θ

(dans le référentiel de l’observateur), puis les fréquences émises et observées sont reliées par

F o = f e γ [ 1 + ( v / c ) cos θ ] ,

F o = F e γ [ 1 + ( v / c ) cos θ ] ,

γ = ( 1 v 2 / c 2 ) 1 / 2

. Cela signifie que même lorsque

θ = 90

et la source en orbite autour du trou noir ne se rapproche ni ne s’éloigne d’un observateur sur Terre, qu’il y a un « décalage vers le rouge doppler transversal » de

z = γ 1

z = γ 1

Ainsi, bien qu’un observateur sur Terre verrait la fréquence d’une source en orbite autour d’un trou noir monter et descendre en raison du décalage Doppler (une ligne spectrale serait élargie de

± v / c

), il y aurait un net redshift dû à l’effet Doppler transversal.

Le matériau sur l’orbite circulaire la plus intérieure aurait une vitesse deux fois moindre que la lumière et

γ = 1,15

. Ainsi, le décalage vers le rouge dû à l’effet Doppler transversal serait

z = 0,15

et presque le même que le redshift gravitationnel. Aux rayons orbitaux plus grands, le décalage vers le rouge gravitationnel devient plus petit mais plus dominant.

Au-dessus du redshift Doppler transversal net, il y aura un élargissement Doppler lorsque le gaz orbite autour du trou noir. L’amplitude de celui-ci dépendra de l’inclinaison de l’orbite par rapport à la ligne de visée. À son plus grand,

θ = 0

, le redshift / blueshift sera un facteur de

z = γ ( 1 ± v / c ) 1

z = γ ( 1 ± v / c ) 1

. Ainsi, pour une source en orbite sur l’orbite circulaire la plus interne stable, cela conduirait à un facteur de deux élargissant n’importe quelle raie spectrale.

Ainsi, si le gaz orbite assez près du SMBH à 3C273, vous pourriez probablement produire le décalage vers le rouge vu. L’élargissement maximum que vous devriez voir est beaucoup plus large que les raies spectrales observées, mais cela pourrait être dû au fait que le disque est à une faible inclinaison et que l’émission provient d’une gamme étroite de rayons.

En fait, comme vous le dites, l’émission optique que vous voyez de la région des grandes lignes vient de beaucoup plus loin que quelques rayons de Schwarzschild, donc les effets ci-dessus, bien que très importants pour le gaz émettant des rayons X chauds dans les quasars, ne sont probablement pas un gros problème dans l’optique. Vous avez donc besoin d’une étape supplémentaire dans votre réponse pour prouver / argumenter que l’émission optique ne se produit pas aussi près de la SMBH.

gamma1954

Cela aide beaucoup. En 1964, ApJ … 140 …. 1G Greenstein et Schmidt signalent des lignes d’hydrogène étroites, d’une largeur de 5 nm. À l’exclusion du décalage doppler SR (comme le fait le manuel), le redshift gravitationnel nécessite un gaz dans une orbite stable, presque circulaire avec un rayon spécifique. Mais il y a probablement plusieurs nuages ​​de gaz en spirale vers le SMBH à différentes distances. Y compris un décalage Doppler SR, nous avons également besoin que l’orbite soit presque perpendiculaire à la ligne de visée, ce qui est encore plus improbable. Le redshift gravitationnel peut dépasser z = 0,158 mais les chances sont contre un élargissement de seulement 5 nm, si j’ai raison.

gamma1954

En 1964 Apj … 140 …. 1G Greenstein et Schmidt donnent

Rob Jeffries

@ gamma1954 Je ne dis pas que c’est un redshift gravitationnel! Bien au contraire. Mais vous avez besoin de quelque chose pour affirmer que l’émission optique ne vient pas de très près et / ou provient d’une large gamme de rayons, sinon les décalages vers le GR et SR pourraient être candidats.

gamma1954

J’ai cru comprendre que vous ne prétendiez pas qu’il s’agit d’un décalage vers le rouge gravitationnel – mais le manuel le soutient. Je pense toujours à l’argument supplémentaire qui est nécessaire pour rendre l’argument contre le redshift gravitationnel plus convaincant, comme vous l’avez expliqué.

gamma1954

Comment réfuter GR plus SR redshift en 3C273 avec seulement un spectre optique? Le spectre a un continuum, probablement aussi dans les rayons UV et X. Si ce rayonnement est suffisamment intense pour ioniser tout l’hydrogène à proximité de la SMBH, la même région ne pourrait pas (directement) produire les lignes d’émission du balmer qui se superposent au continuum, car les lignes du balmer proviennent de l’hydrogène atomique. Les lignes d’émission devraient donc provenir d’une région plus éloignée. C’est un argument contre GR et SR redshift, mais pas très dur. Y a-t-il un argument plus convaincant contre le redshift GR et SR dans ce cas?

 

Quasar, Redshift

 

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