Astronomia

Como podemos explicar os altos números de redshift?

Como podemos explicar os altos números de redshift?


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Acabei de terminar um curso introdutório de astrofísica $ ^ 1 $ e tenho uma dúvida persistente que não consigo resolver.

Aprendemos que, nas primeiras centenas de milhões de anos, o universo era muito chato e não aconteceu muito $ ^ 2 $ interessante. Também aprendemos, corretamente ou não, que as primeiras estrelas começaram a se formar em algum lugar entre 500 milhões e 600 milhões de anos após o Big Bang.

Também aprendemos como usar valores de redshift para calcular a idade e conversamos sobre como o maior $ z $ -número que descobrimos é alguma galáxia (GN-z11) em aproximadamente $ z = 11 $.

Usando esta calculadora, calculamos que esta galáxia aparentemente se formou cerca de 410 milhões de anos após o Big Bang.

Portanto, esta galáxia parece ser mais velha do que quando os astrofísicos pensam que a formação de estrelas aconteceu. Como pode ser isso? Claramente, uma das minhas suposições está errada, então é:

  • Estrelas realmente começaram a se formar antes 500 milhões de anos após o Big Bang.
  • Usar a calculadora da UCLA para calcular a idade é tecnicamente incorreto.
  • Uma galáxia não precisa de estrelas para ser considerada uma galáxia.
  • Alguma outra suposição que fiz está errada, o que torna este post inválido.

Como uma pergunta de acompanhamento, o que acontece se continuarmos encontrando galáxias com números de $ z $ mais altos? Em que ponto precisamos reconsiderar nossa teoria sobre o que aconteceu no universo "primitivo"?


$ ^ 1 $ Não sou um graduado em astrofísica, então perdoe qualquer falsidade gritante neste post.

$ ^ 2 $ Em uma escala macro, pelo menos.


Há evidências de que essa suposição está incorreta.

Na verdade, as estrelas começaram a se formar antes de 500 milhões de anos após o Big Bang.

Há algumas evidências de que as estrelas da População III se formaram já 200 milhões de anos após o Big Bang. A estrela mais antiga conhecida, a Estrela Matusalém, data de 200 milhões de anos após o Big Bang. É uma estrela de segunda geração (a julgar pelo seu conteúdo de metal), o que significa que uma geração de estrelas muito grandes deve ter vivido e morrido antes de esta nascer.


O Universo pode ter se expandido a taxas variáveis. $ Omega_M $ também pode influenciar o redshift. Não se sabe com precisão se o universo é realmente plano ou aberto / fechado. Isso também pode influenciar os cálculos do redshift. (Nota: também se acredita que a constante de Hubble mudou ao longo da evolução do Universo, diminuindo ou aumentando). Alguém mencionou antes de mim, e eu aprendi o mesmo em minhas aulas de astronomia: estrelas massivas poderiam ter se formado 0,1 Gyrs após TBB. Eles devem ter tido vidas extremamente curtas. No primeiro bilhão de anos, os quasares estavam muito na moda, geralmente eles têm os grandes valores z.

E não leve a mal, mas os astrônomos tendem a trabalhar com margens de erro ridiculamente grandes. Além disso, algumas funções podem ser usadas apenas em um intervalo de valor específico. Quanto mais longe os dados estiverem fora desse intervalo (o que significa que são muito grandes / pequenos), mais provável é que não produzam um resultado realista. Dados extremos como esse devem ser considerados com cautela.


O universo high-redshift com Spitzer

Quando as galáxias começaram a formar estrelas? Qual é o papel das galáxias distantes nos modelos de formação de galáxias e na época de reionização? Quais são as condições em galáxias formadoras de estrelas típicas em redshifts ≳ 4? Por que a evolução da galáxia depende do ambiente? O Telescópio Espacial Spitzer tem sido uma ferramenta crucial para abordar essas questões. O conhecimento preciso das massas estelares, idades e taxas de formação de estrelas requer a medição da luz óptica (e ultravioleta) do quadro de repouso, que apenas o Spitzer pode sondar em altos redshifts para uma amostra suficientemente grande de galáxias típicas. Muitos desses objetivos científicos são os principais impulsionadores da ciência para o Telescópio Espacial James Webb, e o Spitzer nos proporcionou sua primeira exploração.


Como podemos explicar os altos números de redshift? - Astronomia

Este trabalho foi apoiado pelo
Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Engenharia e
Instituto de Astrofísica Herzberg de
o Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá

& lt & gt & lt & gt & lt & gt & lt & gt & lt & gt & lt & gt & lt & gt & lt & gt & lt & gt & lt & gt Abstrato
Discutimos como a constante cosmológica usada no modelo de Einstein tem um equivalente no modelo do Big Bang. Esse modelo requer uma densidade crítica de matéria que leva ao problema da matéria escura. Mostramos que os dados sobre a nova estrutura cosmológica e sobre um mecanismo de desvio para o vermelho não Doppler levam a um universo ilimitado e eterno. Também explicamos por que os quasares parecem ser objetos incomuns e têm um grande desvio para o vermelho, estando fisicamente muito mais próximos de nós do que normalmente se afirma. Pode-se ver que sua luminosidade é quase a mesma das galáxias padrão e não como milhões de galáxias como se acreditava anteriormente. Também se pode explicar porque a relação luminosidade-distância observada em galáxias não é observada em quasares.

I. Introdução
Há uma séria controvérsia sobre o modelo do Big Bang porque ele mostra um número crescente de deficiências. Isso é ilustrado por Flam, que afirma [1] "À medida que dúvidas surgiam sobre o modelo outrora preferido explicando como as estruturas são formadas no Universo, novas teorias estão competindo em um vale-tudo cosmológico".
Vamos comparar alguns modelos. O modelo de estado estacionário usa "o princípio cosmológico perfeito, "em que o universo apresenta a mesma visão em larga escala para todos os observadores fundamentais em todos os momentos. Também consideraremos o modelo de Einstein, que adiciona uma constante cosmológica L para equilibrar a atração da matéria. Um ponto importante, comum a esses modelos, é, obviamente, a lei universal da gravitação. Toda a matéria é atraída com uma força proporcional à constante de Cavendish G C , e inversamente proporcional ao quadrado da distância. Não parecia possível no passado observar forças gravitacionais a distâncias cosmológicas muito grandes. Portanto, as forças gravitacionais não foram testadas em distâncias cosmológicas. Observações recentes da interação gravitacional em distâncias cosmológicas agora sugerem uma solução com base nessas novas observações.
O uso da lei universal da gravitação no modelo do Big Bang leva a uma previsão da densidade crítica r , do universo que difere das observações por cerca de duas ordens de magnitude. Esta diferença é interpretada como sendo causada por alguns "faltando missa".
Veremos que o problema da densidade crítica da matéria no universo (e massa ausente) está relacionado a um problema comum para o qual todos os modelos populares (o Big Bang, o modelo de Einstein e o modelo de estado estacionário) requerem uma correção equivalente (a constante cosmológica L ) relacionado a um fenômeno comum: a amplitude das forças gravitacionais.

II. Razão que levou ao modelo do Big Bang.
Uma razão importante que levou os astrofísicos a preferir o modelo do Big Bang (da cosmologia de Friedmann de um universo próximo) é porque o primeiro modelo de Einstein (o modelo geometrodinâmico) é claramente instável sem a constante cosmológica. Essa instabilidade é uma consequência do uso da lei universal padrão da gravitação. Duas sugestões foram dadas para tentar resolver este problema. Einstein sugeriu adicionar uma constante cosmológica L às suas equações de campo. Essa constante adiciona uma força repulsiva em grandes distâncias [2]. Este segundo modelo de Einstein com L 0 tem outro problema de estabilidade. É estável apenas para um valor crítico de L C . Para qualquer aumento de tamanho, o universo se expande para sempre. Para qualquer redução, ele se recontratará para sempre. Este universo de Einstein tem, portanto, outro tipo de instabilidade.
Um equivalente da constante cosmológica de Einstein foi apresentado de várias formas por diferentes autores, mas a maioria dos cosmologistas o rejeitou. George Gamow e muitos astrônomos se referem ao termo cosmológico como o maior erro da vida de Einstein. Mesmo muito recentemente, Hawking afirma [3] que a adição de uma constante cosmológica L é: ". . . o maior erro de sua vida (de Einstein). "Em 1917, de Sitter sugeriu [4] outro modelo que inclui um termo de repulsão cosmológica do tipo Einstein para equilibrar a atração da gravidade em grandes distâncias. Outra hipótese considera que L = 0. Este é o modelo do Big Bang, um modelo isso é instável no tempo, pois começa com um Big Bang e termina com o Big Crunch.
Seguindo essas considerações, muitos astrofísicos preferiram o modelo do Big Bang porque se esperava que essa alternativa levasse a previsões compatíveis com a lei universal da gravitação, sem serem obrigados a adicionar qualquer constante repulsiva gravitacional, como foi sugerido por Einstein.
Após mais de 60 anos de desenvolvimento desta teoria e décadas de observação, calcula-se que um equivalente da constante cosmológica ainda seja necessário. Não há como evitar isso.

III. Uma força equivalente à constante cosmológica
Vimos que uma constante arbitrária L é necessária no universo estático de Einstein. No entanto, nem sempre é percebido que uma constante cosmológica equivalente agora é necessária no modelo do Big Bang.
Hawking declarou recentemente [3]: "A fim de encontrar um modelo do universo no qual muitas configurações iniciais diferentes poderiam ter evoluído para algo como o universo atual, um cientista do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Alan Guth, sugeriu que o universo primitivo poderia ter passado por um período de vida expansão rápida. Essa expansão é considerada inflacionária. "
Hawking continua escrevendo [3] que o modelo inflacionário requer energia extra especial e escreve:
"Pode-se demonstrar que essa energia extra especial tem um efeito antigravitacional: teria agido exatamente como a constante cosmológica que Einstein introduziu na gravidade geral quando estava tentando construir um modelo estático do universo ".
Hawking então discute essa força e escreve: ". . . a repulsão da (matéria devido à) constante cosmológica efetiva". Isso mostra claramente que uma força repulsiva, agindo exatamente como a constante cosmológica L, é absolutamente necessária no modelo do Big Bang.
O modelo do Big Bang também leva a uma densidade crítica de matéria r , no universo. Como essa densidade não é observada, supõe-se que haja alguma matéria escura não observada. Alguma matéria escura também pode ser necessária para explicar a enorme estrutura recentemente descoberta chamada "O Grande Atrator". Lindley [5] conclui: ". . . que a Matéria Escura Fria pode ser salva pelo menos na forma modificada, se uma constante cosmológica diferente de zero for ressuscitada. "
Como tantos astrofísicos podem rejeitar o modelo de Einstein tão facilmente por causa da constante cosmológica e, posteriormente, usar uma constante de repulsão equivalente "assim como a constante cosmológica de Einstein"[3] para tentar salvar o modelo do Big Bang? Como os cosmologistas podem repetir que uma constante cosmológica era" to maior erro de sua vida (de Einstein)"[3] quando o equivalente de tal constante é agora copiado pelos novos cosmologistas?

4. Principais dificuldades insolúveis do modelo do Big Bang.
Além do fato de que o modelo do Big Bang não resolve o problema da constante cosmológica, existem muitas outras provas que mostram que o modelo do Big Bang é inaceitável. Apenas alguns exemplos são lembrados aqui.
A. Tempo zero.
Quando o universo estava no tempo t = 0, a densidade do universo era infinita. Esta é uma singularidade. É argumentado [6] que o próprio espaço-tempo não existiu por tempos menores que zero. Como o universo poderia ser criado do nada [6] (sem espaço, sem tempo)? O universo não pode ser o resultado de uma flutuação quântica [6] que apareceu antes da existência de espaço e tempo
B. Valor crítico de G.
Do modelo do Big Bang, o primeiro comprimento natural do universo é o comprimento de Planck. Então, o raio típico do universo era de cerca de 10 -33 cm. No entanto, observamos hoje que o universo tem um raio de 10 28 cm. Isso é uma diminuição de 1061 vezes na curvatura. Corresponde a um nivelamento extremo da geometria euclidiana [6].
O mecanismo fundamental do Big Bang é que ele começou por uma expansão rápida que foi retardada pelas forças da gravidade. Os cosmologistas acham interessante a questão de saber se as forças da gravidade são fracas o suficiente para que o universo termine em uma dispersão de matéria em um espaço infinito ou se as forças da gravidade são fortes o suficiente para que o universo colapsasse rapidamente em um Crunch.
Consequentemente, no modelo do Big Bang, assume-se que dois mecanismos completamente independentes equilibram as forças de expansão e retenção de matéria agindo em direções opostas. A partir da hipótese do Big Bang [6], deve-se concluir que a constante gravitacional universal G, é tal que acontece (por acaso) que todos os 61 dígitos do parâmetro usado para calcular a gravidade necessária para interromper a expansão do universo é exatamente o mesmo que os primeiros 61 dígitos do parâmetro exigido no cálculo da energia de expansão que apareceu no instante do Big Bang. A probabilidade de haver duas constantes físicas quase idênticas na natureza, resultantes de duas hipóteses completamente não relacionadas é extremamente suspeita. Essa dificuldade é mencionada por Linde [6]. O problema do valor crítico de G não existe no modelo aqui apresentado.
Na verdade, esta constante altamente crítica não pode existir com uma precisão de 61 dígitos porque a constante de Cavendish G C , não é considerado uma constante e varia em muito mais ordens de magnitude, como será visto na subseção V-A.
C. Problemas de idade e isótopos.
Existem centenas de artigos e livros com exemplos mostrando que o modelo do Big Bang não é compatível com observações. Os dados recentes mostram uma incompatibilidade notável. Por exemplo, certas galáxias aparecendo completamente maduras foram observadas por Simon Lilly [7] em 1988 no enorme redshift de 3.395. Isso coloca essas galáxias tão atrás no tempo que o esquema do Big Bang não permite tempo suficiente para sua formação. O relatório [8] menciona: ''o aparecimento de uma galáxia madura logo após o Big Bang representa uma séria ameaça. "
A descoberta em 1989 da Grande Muralha, com 700 milhões de anos-luz de diâmetro, também é incompatível com o modelo do Big Bang. Margaret Geller, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, comenta [9] sobre sua descoberta: "Nenhuma força conhecida poderia produzir uma estrutura tão grande desde que o universo foi formado."Muito recentemente, Paul Steinhardt [10] afirma o equivalente:"Não houve tempo suficiente na história do universo para a gravidade reunir essas estruturas. "Há um consenso geral sobre este ponto.
Por fim, a distribuição dos isótopos no universo, alegada como consequência do Big Bang, também não concorda com muitas observações. A discordância mais recente é o caso do Sol, onde uma medição confiável pode ser feita. Apenas 1% da quantidade prevista de lítio é observada no Sol [11]. Discussões relacionadas aos problemas acima foram publicadas [12], [13].

V. Variação da Constante Gravitacional
Considerando que a constante gravitacional é tão crítica (até o 61º dígito), não se pode conceber que ela (relatividade) varie muito em função do tempo ou do espaço. Essa variação leva a novas dificuldades.

A. Não Constância da Constante de Cavendish
Afirma-se que apenas no momento do Big Bang, todas as forças (fraca, forte, eletromagnética e gravidade) foram unificadas. Este é o argumento básico para estabelecer a Grande Teoria Unificada (GUT). Todas as forças individuais fundamentais da natureza apareceram mais tarde. Portanto, na época do Big Bang, a gravidade não existia como agora.
Algum tempo depois do Big Bang, as forças gravitacionais se desenvolveram. Portanto, G não é constante. Muitos artigos foram escritos sobre a não constância da constante G de Cavendish C [4]. Dirac [2] foi um dos primeiros a formular uma mudança na constante gravitacional. Já em 1937, Dirac, usando a numerologia, sugeriu que a constante G gravitacional de Cavendish C estava variando no tempo. Dirac destacou que a razão entre a idade do universo e a unidade atômica de tempo (e 2 / mc 3) é a mesma que a razão entre a força elétrica entre o próton e o elétron e a força gravitacional entre essas partículas. Uma vez que a primeira proporção é uma função da idade do universo, G C está mudando continuamente. Dirac escolheu a equação:

(1)
Onde H o é o parâmetro Hubble e G C a constante gravitacional de Cavendish [2].
Muitos outros modelos com mudança de G foram sugeridos. Por exemplo, a teoria de Dicke-Brans-Jordan [4] assume que a constante gravitacional depende de onde e quando o experimento é realizado (bem como da massa e do raio da fonte gravitacional). Outros modelos (de uma mudança da constante de Cavendish) foram estudados [14]. A teoria da gravidade de Ni [15] e outras teorias de dois tensores ou vetor-tensor [16] preferiram um "moldura de descanso universal"e dar uma dependência da velocidade da constante gravitacional.
Mesmo muito recentemente [17], a variação de G tem sido usada em cosmologia e física de partículas para relacionar constantes com espaço-tempo de dez dimensões. Wang [17] usa a equação (d G / G) @ -10 -11 por ano. O leitor deve perceber o quão grande esta variação de 10-11 por ano é em comparação com a criticidade exigida de 10-61 vista na subseção IV-B.

B. Conservação de Energia
Pode não ser possível seguir a lógica que inspirou Dirac sobre a quase coincidência matemática relacionada à variação de G, mas essa hipótese, usada por cinco décadas, ilustra outra dificuldade séria. Quando G está mudando, a energia do sistema está mudando. Consequentemente, a mudança da constante G de Cavendish contradiz a lei mais fundamental da física: "O Princípio de Conservação de Massa-Energia". Hawking afirma: [3]"A energia total do universo é zero. "Não pode ficar zero se G estiver mudando com o tempo.
A mudança da constante G de Cavendish (assumida aqui) não tem nada a ver com a mudança da força gravitacional quando a radiação é gerada (e uma quantidade correspondente de massa desaparece). Claro, a pressão da radiação evita o colapso de partes do universo e contribui para a diminuição da atração gravitacional.
Lembremos que a transformação da massa em radiação não altera a energia total do sistema quando tudo é levado em consideração e quando se considera que existe conservação de energia em qualquer sistema próximo.

C. Um segundo big bang?
Seguindo os problemas levantados pela hipótese do Big Bang, Hawking usa o equivalente a um segundo Big Bang na tentativa de explicar o universo inflacionário. Ele explica [3] que a massa-energia total do universo no primeiro Big Bang é zero. Então ele escreve: "Duas vezes zero também é zero. "Então ele afirma [3]"Assim, o universo pode dobrar a quantidade de energia da matéria positiva e também a energia gravitacional negativa. .. ". Isso equivale a um segundo Big Bang. É dessa forma que a expansão inflacionária do universo é explicada [3].
Qual é a probabilidade de um segundo Big Bang no mesmo lugar em um intervalo de tempo tão curto (uma pequena fração de segundo)? Quantos Big Bangs devemos esperar?

VI. Características de um campo gravitacional
A. Faixa Finita de Forças Gravitacionais
Vimos na seção IV que o equivalente a uma constante cosmológica é tão necessário no caso do modelo do Big Bang quanto no caso do universo estático de Einstein. Isso significa que todos os modelos requerem, a grandes distâncias, que a intensidade do campo gravitacional diminua mais rapidamente do que a função 1 / r 2 prevista pela lei de Newton. Em outras palavras, um campo gravitacional com infinito com alcance infinito não é aceitável?
Em princípio, não é necessário usar uma constante cosmológica que neutralize as forças gravitacionais em grandes distâncias. Um mostra que as forças nucleares fortes e fracas têm um alcance finito. Não dizemos que há outra força a grande distância que neutraliza as forças nucleares. Podemos usar a mesma terminologia, mas, é claro, uma descrição apropriada deve ser dada ao campo.
A importância de uma faixa finita de interação gravitacional é que ela não leva a um potencial infinito em um universo infinito. Antes de descrever um teste para determinar a faixa de interação das forças gravitacionais, precisamos explicar o significado exato do fenômeno que procuramos.

B. Definição de um intervalo finito
Quando dizemos que um campo gravitacional tem um alcance finito, queremos dizer que esse campo gravitacional em distâncias cosmológicas diminui mais rapidamente que a função 1 / r 2 e não produz nenhum efeito observável além desse alcance. Não especificamos aqui se a rápida diminuição do campo gravitacional em grandes distâncias é devido a:
a) A propriedade do próprio campo gravitacional (por exemplo, curvatura)
b) A propriedade do espaço que suporta o campo gravitacional
c) matéria que pode amortecer o campo gravitacional no espaço
d) o desaparecimento no tempo (aniquilação) de alguma matéria que produziu o campo gravitacional (por exemplo, devido à transformação da matéria em radiação que escapou do local original)
e) a possibilidade de que o gráviton tenha uma massa diferente de zero ou
f) qualquer outra causa.

VII. Avaliação da "Alcance das Forças Gravitacionais"
Visto que mencionamos que a força gravitacional tem um alcance limitado efetivo de interação, vamos avaliar esse alcance. É geralmente aceito que este intervalo é enormemente maior que o intervalo finito de forças nucleares fortes e fracas. Uma vez que todos os planetas no sistema solar seguem (quase perfeitamente) a lei quadrática inversa da gravitação, a lei 1 / r 2 é substanciada no sistema solar.
O próximo intervalo a considerar é o das galáxias. A distâncias de até cerca de 50.000 anos-luz, a rotação galáctica aparece em torno de um centro. É bem sabido que a rotação galáctica não segue as leis de Kepler. Foram apresentadas hipóteses para explicar o movimento das estrelas em torno do núcleo das galáxias. Por exemplo, alguns sugerem a hipótese da matéria escura, enquanto outros usam uma mudança na força gravitacional (Milgrom [18] - [20]).
Pode-se concluir que, para uma faixa da ordem do raio das galáxias (cerca de 50.000 anos-luz), pelo menos alguma interação gravitacional certamente existe, mas alguns podem argumentar que a gravidade pode não se comportar estritamente como a lei de Newton.
As maiores estruturas observadas no universo, mostrando interação gravitacional central, são aglomerados de galáxias. Pode-se estimar que o alcance prático máximo aproximado da interação gravitacional é de cerca de 10 a 20 milhões de anos-luz [21]. Este intervalo parece grande, mas é cerca de (1/1000) do tamanho do universo (calculado assumindo o modelo do Big Bang).
Além desse limite está a Grande Muralha, descoberta por M. J. Geller e J. P. Huchra [13] em 1988. Seu nome sugere que pode não ter uma geometria esférica e seu padrão se estende por mais de 700 milhões de anos-luz. Não parece estar associado a uma força gravitacional central.
Em uma escala ainda maior, P. J. E. Pebbles plotou as localizações de quase um milhão de galáxias. O gráfico mostra linhas ou fios de aglomerados de galáxias formando superaglomerados. Charles Bennett [22] produziu uma trama semelhante de um milhão de galáxias "Espalhados por uma seção do cosmos. "Esses fios de galáxias estão entrelaçados de uma forma complicada para formar um padrão que os astrofísicos apelidaram de tapeçaria cósmica. É claro que esta tapeçaria não revela a existência de uma atração gravitacional central. A distribuição das galáxias parece, de fato o que se espera para a distribuição dos átomos que formam moléculas complexas. As linhas das galáxias são semelhantes às cadeias de átomos em certas moléculas. Nesses gráficos, quase se pode ver anéis (de superaglomerados) como na molécula de benzeno.
Deve-se concluir que os dados astrofísicos deixam de mostrar o efeito da atração gravitacional para distâncias maiores que cerca de 10 ou 20 milhões de anos-luz.
Também pode ser visto que o universo é muito mais antigo do que previsto pela teoria do Big Bang. Aqui estão alguns exemplos. No caso de certos superaglomerados, Tully e Fisher afirmam [13]. "Eles eram muito grandes para terem se formado nos vinte bilhões de anos desde o Big Bang ". Paul Steinhardt, [1] um cosmólogo da Universidade da Pensilvânia explica: "Não houve tempo suficiente na história do universo para a gravidade reunir essas estruturas ". No caso da Grande Muralha, estima-se que levou cerca de 150 bilhões de anos para se formar [13]. Essas observações apóiam a noção de que o universo é muito mais antigo do que 15 bilhões de anos. Powell [24] concluiu recentemente: "Aglomerados globulares como M13 parecem ser mais antigos do que a estimativa mais recente da idade do universo". John Gribbin [25], estudando o espectro de quasares intitulado seu artigo:"Astrônomos dobram a idade do universo ".

VIII. Controvérsias sobre o infinito.
Forças com um alcance limitado de interação não são novas na física. É um argumento inútil insistir que uma força tem um alcance infinito, se essa força existe até apenas 16 bilhões de anos (de acordo com o Big Bang). Os astrofísicos têm dificuldade em aceitar que o universo é "infinito" em tamanho, enquanto, ao mesmo tempo, aceitam prontamente que a gama de interação das forças gravitacionais é infinita. Mesmo que os cosmologistas acreditem que a amplitude das forças gravitacionais é infinita, essa hipótese é aplicada em um universo finito quando o modelo do Big Bang é usado.

IX. Modelo proposto
A teoria do Big Bang usa certas observações para justificar sua existência. No entanto, um universo ilimitado e sem idade explica melhor as observações astrofísicas. Aqui, a palavra eterna é conforme definida no dicionário Webster [26]: "Válido ou existente inalterado em todos os momentos ". O universo descrito por W. D. MacMillan [27] é mais compatível com as observações atuais do que o modelo do Big Bang. Segundo MacMillan, não é necessário que "o universo como um todo já foi ou será essencialmente diferente do que é hoje " [28]. MacMillan acreditava que a radiação emitida pelas estrelas poderia ser reconvertida em matéria. Este excelente modelo também satisfaz o "Princípio Cosmológico Perfeito". Esta descrição foi escrita bem antes da primeira declaração de Dirac da teoria da produção de pares. A teoria de MacMillan foi rejeitada devido à falta de evidências de que os raios gama poderiam ser convertidos em matéria. No entanto, duas décadas depois, Bondi, Gold e Hoyle desenvolveu um modelo quase semelhante, "Teoria do estado estacionário"[29], em que a matéria no universo não é formada de raios gama, mas é formada de" nada "(claro, certamente, sem evidências físicas). Finalmente, nossa escolha de um espaço ilimitado não é estranha à filosofia dificuldade de conceber um fim para o espaço. Outro argumento é dado na subseção X, abaixo.

X. Deficiências do modelo do Big Bang
Cientificamente, pode ser mostrado que as melhores provas alegadas para apoiar o modelo do Big Bang são injustificadas. Essas provas podem ser facilmente interpretadas em favor de outro modelo. Vamos discutir os seguintes argumentos: a) O Red Shift cosmológico e o efeito Doppler: b) A radiação de fundo 3K c) A densidade crítica do universo ed) O paradoxo de Olbers. Outros argumentos foram discutidos acima na subseção IV-c
a) O redshift cosmológico pode ser explicado logicamente por um mecanismo diferente do efeito Doppler. Existe outro mecanismo natural que pode produzir um desvio para o vermelho não Doppler [30]. Baseia-se na colisão não elástica de fótons em átomos ou moléculas no espaço. Este Redshift não Doppler teve sucesso em explicar um Redshift no Sol [31], [32] e em muitas outras observações [33] - [36]. Um efeito semelhante é esperado em todas as outras partes do universo.
b) A origem da radiação 3 K é mais logicamente explicada [34] - [36] pela radiação de Planck emitida pela matéria fria em um universo ilimitado. Como o universo (e o plasma que ele contém) está a 3K, a radiação do corpo negro é emitida por essa matéria. O problema da falta de espessura do plasma não existe, pois o universo é ilimitado. Essa interpretação é compatível com a alta homogeneidade da radiação 3K observada, com uma não homogeneidade menor que 1/25000 [22].
c) O problema da densidade crítica r , da matéria no universo foi mencionado acima ao discutir a matéria escura. Nosso universo sem idade ilimitado não requer um valor tão crítico.
d) O paradoxo de Olbers pode ser explicado sem o Big Bang. Na verdade, o paradoxo de Olbers não existe [36], uma vez que o céu é uniformemente claro quando se olha para o comprimento de onda correto ( 1 mm) gerado por sua temperatura de 3K. A amplitude total do espectro do corpo negro de Planck recebido do espaço é causada pela emissão de radiação do universo a 3K e prova que o universo tem uma profundidade de pelo menos vários trilhões de anos-luz.

XI. Matéria transparente no universo.
Com a escolha do universo eterno ilimitado, é necessário explicar o desvio para o vermelho observado por um mecanismo diferente do desvio Doppler. Viu-se que a partir da transmissão inelástica de fótons no espaço [30], [35], um desvio para o vermelho semelhante a um efeito Doppler é sempre produzido.
Tem havido muitas discussões sobre gases não detectáveis ​​(ou matéria escura) no universo. O hidrogênio atômico frio é fácil de observar no universo, pois apresenta uma transição na faixa de rádio devido ao acoplamento entre o spin do elétron e o spin do próton (formando o hidrogênio atômico). Uma transição entre essas configurações produz radiação a 21 cm e é facilmente detectada no alcance do rádio. Existem, no entanto, observações indiretas sérias (em galáxias ou com o Grande Atrator) que mostram que ainda existe uma quantidade muito maior de matéria no universo. Essa matéria não detectada é chamada de matéria escura. David Lindley [5] define Dark Matter da seguinte maneira "Dark Matter é o material invisível que estudos dinâmicos de galáxias e aglomerados de galáxias indicam que deve estar lá, mas que não pode ser visto ".
Com relação a H 2 e sua extrema transparência, sabe-se que o átomo mais abundante do universo é o hidrogênio. O hidrogênio atômico é quimicamente ativo, muito mais do que o hidrogênio molecular. Por exemplo, dois átomos de hidrogênio atômico em colisão (H) podem se combinar a partir do hidrogênio molecular (H + H H 2 + h n). Este mecanismo de formação de H 2 é altamente provável durante colisões de três corpos. No entanto, por causa da forte energia de ligação dos átomos em H 2 e devido à baixa temperatura do gás interestelar ( 3K), dois H colidindo 2 partículas a 3 K não têm energia suficiente e não se dissociarão de volta em átomos de hidrogênio atômicos. Isso ilustra como o hidrogênio molecular H 2 é muito mais estável do que H. Claro, quando essas partículas (H e H 2 ) são bombardeados com fótons, eles podem reagir para produzir ionização, excitação e dissociação induzida. Outros mecanismos também são possíveis, especialmente o efeito Compton mencionado por Kierein [37].
Consequently, since the universe has an average temperature of 3K, for the reason given above and during the unlimited age of the universe, one expects that, at equilibrium, much hydrogen must have passed from the atomic form, into the form of molecular hydrogen H 2 .
Spectroscopy shows that molecular hydrogen is one of the most transparent gases in the universe. It has no dipole transition in the radio range, in the infrared, in the visible, and even in the UV, up to the far UV at 110.8 nm [2] . Even rotation and vibration states of the ground state cannot be observed because they are all forbidden dipole transitions. The second and third UV lines of H 2 are located at 109.2 and 107.7 nm. These three lines correspond to transitions B 1 S você -X 1 S você in states (0,0), (1,0) and (2,0). Thanks to the transparence of H 2 one is able to view the universe at very large distances. However, H 2 cannot be detected by spectroscopic means. The only observable radiation from H 2 at 3K is the wide Planck spectrum at its own temperature (already observed but erroneously interpreted as a background cosmic radiation).
There are many misleading statements about the detection of hydrogen in the universe. Without making the distinction between the atoms and the molecules, it is stated [38] that: "masses of hydrogen are easily detectible out to considerable distances in the universe". This is awful error, since the molecular form of hydrogen (H 2 ) is possibly the most transparent gas in the universe.
Furthermore one cannot argue that H 2 does not exist in space because it would be dissociated by UV radiation. If there were actually a large intensity of far-UV radiation in the universe, neutral atomic hydrogen would ionize. This is not the case, since the 21 cm radiation is well observed and therefore proves that H is not generally ionized. Consequently, in those circumstances, we expect that the far-UV radiation in space, which does not have enough intensity to ionize most of the atomic hydrogen, will also not have enough intensity to react and dissociate most of H 2 . It is well known that it takes more energy to ionize molecular hydrogen than atomic hydrogen.
We have seen that molecular hydrogen in space is responsible for another interaction: Collisions of photons on hydrogen are always slightly inelastic [30] , [35] in transmission and lead to a non-Doppler red shift. It has been measured that more than one atom/cm 3 of atomic hydrogen has been measured between stars inside our galaxy. Due to the transparency of H 2 , there might be, on the average, the equivalent of 0.01 mol/cm 3 of the much more abundent H 2 in the universe, which would account for the observed cosmological red shift in the universe [30] .

XII. Distance of Quasars
A. Dependence of Red Shift on Source Temperature
It has been calculated [30] , [35 ] that photons have a very slightly inelastic interaction when transmitted through the gases of space, which gives them a redshift compatible with the observed redshift in the cosmos. This is done using electromagnetic theory and quantum mechanics without the need of any new "ad hoc" physical hypotheses. This red shift generally appears indistinguishable from the Doppler shift. The energy lost is transformed into very low frequency radio waves. It has been seen that this mechanism [30] , [35] leads to red shifts which explain the red shift on the Solar limb [31] , the apparent velocity of recession of some early type stars (K-Term) [33] - [35] , the different average shift of binary stars, and others red shifts [33] - [35] of astrophysical interest. This mechanism uses the well known Larmor equation:

(2)
to calculate the energy loss W, during the interaction of light with particles like hydrogen. In this equation, a = D v/ Dt is the acceleration, e is the electron charge, D v is the change of velocity due to momentum transfer, Dt is the time during which the electron is interacting (the coherence time of the interacting light), e o is the permittivity of vacuum, and c is the velocity of light in vacuum.
It is clear that this mechanism depends on the coherence time of the emitted radiation. It is also known that the length of coherence of radiation in the case of blackbody radiation is a function of temperature T of the emitter. The relative energy loss R per interaction is:
(3)
One calculates [30] , [35] , that
(4)
where M=e 2 h/(3 pe o c 5 m e 2 C 4 ), h is the Planck constant. Thus, M=2.73 10 -21 K -2
From this mechanism, it has been calculated that an average density of 0.01 atom/cm 3 is sufficient to produce a red shift equal to the Hubble parameter. In other words, it is no longer necessary to assume an expansion of the universe, because there is enough gas in the universe to produce the same red shift. The calculations have been made using a typical effective temperature T of 50 000 K, compatible with the temperature of very bright stars in galaxies [30] , [32] .

B. Redshift of Quasars
The case of a light source having a much higher equivalent temperature as in quasars has not been previously considered. It is observed that quasars emit a spectrum with an extraordinary wide spectral band. The continuum of radiation extends up to the far UV and even into the soft X-ray range. It is reported [39] that there is: "a blue bump peaks somewhere in the extreme ultra violet and probably into the soft X-ray around 40 Angstrom".
Synchrotron radiation is believed to be the source of such a spectrum. The length of coherence of the radiation is much smaller that the length of coherence of the Planck spectrum of an ordinary hot star (since the bandwidth is larger). This is easily understood considering the physical meaning of the Fourier transform. One finds that the equivalent temperature of the quasar is then a few million degrees. Let us consider an efficient temperature of about 2 million degrees for a typical quasar.
Theory [30] , [32] shows that due to the short length of coherence, quasars must naturally show a much larger redshift than other stars located at the same distance (i.e. light going through an equal thickness of gas). Equation (4) shows that the red shift produced by hydrogen is proportional to the square of the temperature. From (4), the relative red shift (per interaction) of the two objects is:

(5)
Where R is the relative energy loss of photons and the subscripts Q and S refer to a quasar and a star respectively.
One finds that the relative red shift (with respect to the star temperature of 50 000K) is equal to:
(6)

C. Comparison with Observations
Quasars have then, a redshift about 1600 times larger than a typical star whose light intersects the same column density of gas. That quasar would then be 1600 times closer than expected from their red shift (when one has used the Doppler instead of the Hubble interpretation). This result is of interest because the standard model shows several difficulties related to quasars:
a) The unacceptable red shift-distance relationship,
b) their unphysical brightness, and
c) the abnormal red shift of quasars that are physically associated with closer galaxies as reported by Arp [12] .
A) Narlikar shows that when the red shift of galaxies is plotted against their faintness, a straight line is obtained [40] . However, the corresponding plot for quasars plotted against their faintness produces a random scatter of points [40] . It is surprising that quasars located at larger distances do not appear less bright, unless the redshift of quasars is not due to their great distance. The model calculated here shows that the red shifts of quasars do not primarily depend on the distance, but depend on their equivalent temperature. This explains why the red shift-distance relationship is seriously defective in quasars.
B) The belief that gamma-ray quasars can be as bright as 100 trillion suns [41] is more than astonishing. In July 1991, the discovery in Virgo of a Quasar (3C279) emitting 10 million times more energy than the entire Milky Way was announced [42] . More recently, HS1946+7658 in Drago was reported to emit "more energy that 1.5 quadrillion suns" [43] . However, from the above calculations, the same quasar can be at least about 1000 times closer. Therefore its absolute brightness should be at least one million times less. This solves the problem of the unacceptable brightness of quasars and brings their absolute brightness to about the same magnitude as normal galaxies.
C) The large red shifts of quasars, interpreted as a Doppler phenomenon, are called into question when they are found to be associated with galaxies. Many years ago, Burbidge [44] suggested non-cosmological redshifts of quasars. Many of those associations have been reported by Arp [12] , [37] , suggesting that quasars are much closer. One prominent example is the case of Stephan's quintet. This close association of galaxies shows that NGC 7331 and other high red shifted members are linked [12 ] to the low red shifted NGC 7320. Also, in the chain of galaxies VV172, one of them has an excess redshift of 21 000 km/s. Numerous other examples have been observed [ 12] .
A systematic study should be done. If the distance of quasars is corrected due to their high effective temperature, one should be able to verify that the red shift-distance relationship of quasars fits the expected linear function (as in the case of galaxies) as expected by Narlikar [40] .

XIII. Conclusion
New observations are compatible with the unlimited-ageless universe model. It is unnecessary and unrealistic to invent a new principle after each new discovery. For example, in defending the Big Bang cosmology, Davis states: "In some of the newer (Big Bang) theories, we are inventing a new physical principle for every new observational fact" [1] .
We do not agree, as stated [3] , that: "a scientific theory is just a mathematical model we make to describe our observations: is exist only in our minds".

Acknowledgment
The author wished to thank Dr. Y. Varshni and Dr. L. Marmet for reading and commenting on this manuscript.

References
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[43] Astronomy Express, "Most Luminous Objects" Sky and Telescope, Vol. 823, No: 5, p. 492, 1992.
[44[ E. M. Burbidge and G. R. Burbidge, "Redshift of Quasi-stellar Objects and Related Extragalactic Systems", Nature, Vol. 222. p. 735, 1969.

This is an updated version of:
IEEE Transactions on Plasma Science,
Vol. 20. No: 6, pp. 958-964, 1992


Astronomy's obsessive search for the two numbers the Hubble Constant and the age of the universe is based upon an unwarranted assumption, i.e., redshift equals distance.

Alan Sandage, talking about Hubble/Humason's 1931 paper that first suggested there is a connection between redshift and distance of galaxies, said:

"Judged by its subsequent influence, the paper by Hubble and Humason (1931) was one of the great, prescient early papers in observational cosmology. It outlined the central research trends that continued well beyond the middle third of the twentieth century. From 1929 until the discovery of the of the Alpher-Herman microwave background in 1965 this was the field of "practical cosmology" which was once described as "simply the search for two numbers" in contrast to the wondrous new theoretical cosmology of today that combines high-energy particle physics with theories of the very hot early universe."

The highway to modern cosmology began in the mid-1920's, also as a result of Hubble's work. Other astronomers were still arguing the 150-year-old debate, "Is the Milky Way the only galaxy?" (Most said "yes" the universe isn't big enough for more than one galaxy.) But Hubble was taking photos of the nearby galaxies M31 and M33, cataloging their stars and trying to determine how far away they are. The three papers he published in 1925, 1926, and 1929 proved to astronomers for the first time that there is a universe beyond the Milky Way. If this was the beginning of the highway of cosmology, then Hubble's redshift/distance article was the first major fork in the road. Everyone took the same turn, the turn that led to the big bang and to tired light. This was the hypothesis that determined the course of 20th century cosmology.

The "two numbers" that cosmology chased for so long were the Hubble Constant (how fast the universe is expanding) and the age of the universe (when it began.) This search was the "Key Project" for which the Hubble Space Telescope was built. These numbers provide the only tool we have for determining the distance of most galaxies, and they provide the only justification we have for believing that the universe is expanding and that it began with a bang. The "wondrous new technical cosmology of today" Sandage refers to (above) consists of inventing new concepts to explain why observations don't match predictions based on the long-sought "two numbers."

What lies down the second fork of the cosmological highway? In the late 1960's, Halton Arp discovered evidence that the redshift/distance connection is a dead end. It doesn't work. You can't determine a galaxy's distance by its redshift because Arp has documented hundreds of cases where galaxies of different redshifts are grouped together at the same distance.

Arp was one of Hubble's students, and, like Hubble, based his research on careful observations more than on theoretical considerations. But astronomers were committed to chasing two numbers, so they ignored Arp's evidence, and in the mid-1980's they found a way to deny him both telescope time and publication in the astronomical journals.

Today a few professional astronomers and a large number of amateurs are interested in following the second fork of the cosmological highway. It's not an easy path, but for some the threat of no promotion or even loss of position is less important than the goal of astronomical discovery. And amateurs have the advantage of no position to lose. Will the second fork of the highway be more fruitful? Will there be third and fourth and fifth forks as well? It will be interesting to look back a century from now on how history judges our first attempts to understand the universe beyond our home galaxy.


Title: The high-redshift gamma-ray burst GRB 140515A

High-redshift gamma-ray bursts (GRBs) offer several advantages when studying the distant Universe, providing unique information about the structure and properties of the galaxies in which they exploded. Spectroscopic identification with large ground-based telescopes has improved our knowledge of this kind of distant events. We present the multi-wavelength analysis of the high-zSwift GRB GRB 140515A (z = 6.327). The best estimate of the neutral hydrogen fraction of the intergalactic medium towards the burst is xHI ≤ 0.002. The spectral absorption lines detected for this event are the weakest lines ever observed in GRB afterglows, suggesting that GRB 140515A exploded in a very low-density environment. Its circum-burst medium is characterised by an average extinction (AV

0.1) that seems to be typical of z ≥ 6 events. The observed multi-band light curves are explained either with a very hard injected spectrum (p = 1.7) or with a multi-component emission (p = 2.1). In the second case a long-lasting central engine activity is needed in order to explain the late time X-ray emission. Furthermore, the possible origin of GRB 140515A in a Pop III (or in a Pop II star with a local environment enriched by Pop III) massive star is unlikely.

  1. INAF-Osservatorio Astronomico Brera, Merate (Italy)
  2. Instituto de Astrofisica de Andalucia (IAA-CSIC), Granada (Spain) Univ. del Pais Vasco (UPV/EHU), Bilbao (Spain) Basque Foundation for Science, Bilbao (Spain)
  3. INAF-Osservatorio Astronomico Brera, Merate (Italy) Univ. degli Studi dell'Insubria, Como (Italy)
  4. The Hebrew Univ. of Jerusalem, Jerusalem (Israel)
  5. Univ. of Ljubljana, Ljubljana (Slovenia)
  6. Instituto de Astrofisica de Andalucia (IAA-CSIC), Granada (Spain) Univ. of Copenhagen, Copenhagen (Denmark)
  7. Instituto de Astrofisica de Andalucia (IAA-CSIC), Granada (Spain)
  8. ASI - Science Data Center, Roma (Italy) INAF - Osservatorio Astronomico di Roma, Monte Porzio Catone (Italy)
  9. Stockholm Univ., Stockholm (Sweden)
  10. Fermi National Accelerator Lab. (FNAL), Batavia, IL (United States) Univ. of Chicago, Chicago, IL (United States)
  11. Univ. Paris Diderot, Paris (France)
  12. Univ. of Copenhagen, Copenhagen (Denmark)
  13. INAF - IASF Milano, Milano (Italy)
  14. INAF-Osservatorio Astronomico Brera, Merate (Italy) Univ. Paris Diderot, Meudon (France)
  15. Chinese Academy of Sciences (CAS), Beijing (China) Univ. of Copenhagen, Copenhagen (Denmark)

Citation Formats

0.1) that seems to be typical of z ≥ 6 events. The observed multi-band light curves are explained either with a very hard injected spectrum (p = 1.7) or with a multi-component emission (p = 2.1). In the second case a long-lasting central engine activity is needed in order to explain the late time X-ray emission. Furthermore, the possible origin of GRB 140515A in a Pop III (or in a Pop II star with a local environment enriched by Pop III) massive star is unlikely.>,
doi = <10.1051/0004-6361/201526660>,
journal = ,
number = 9,
volume = 581,
place = ,
year = <2015>,
month = <9>
>


How does a redshift give evidence to the Big Bang Theory?

The red shift indicates that the universe is expanding outward at an ever increasing rate of expansion.

Explanation:

When Hubble determined that the vast majority of stars and galaxies had a red shift, he created a major shift in the world view or paradigm that dominated science. The universe before Hubble was thought to have eternally existed, a so called steady state universe.
After Hubble the presently observed universe could no longer be consider to be eternal.

A red shift in light indicates that the object is moving away from the observer. This is called the doppler shift. or effect. Stand by a railroad track and listen to the train whistle. As the train is moving toward you the sound is higher ( the waves are closer together) when the train passes the sound changes to a lower pitch ( the waves are further apart) blue light has waves that are closer together and red light has waves that are further apart.

The logic is that if the universe is observed to be moving apart it must have been closer together in the past. The big bang theory is that the universe is moving apart from a central point that once existed. In classical Big Bang theory this central point is proposed to have been a superdense ball of matter. The superdense ball was so dense that it was unstable and exploded. This explosion caused the universe that we presently observe.


Respostas e Respostas

The quasars were discovered in the 60s. They have very, very large redshifts, so they should be expected to be at the very boundary of the universe. Some scientists soon found that these objects populated the regions around large spiral galaxies. There were to properties of the quasers that were difficult for astronomers to understand using the expanding universe theory:

1. If you plot the appearent brightness against the redshift as one does for galaxies, one gets an unexpected scatter on the diagramme instead of the smooth curve. This seems to indicate that the quasars do not follow the hubble law. So they are not at their proposed redshift distances.

2. Quasars are very small compact objects, so if they are really at their extreme red**** distances, they've got to be the brightest and most energetic objects known to astronomers. It would take special mechanisms to explain them. However, we don't need that.

Paculiar galaxy NGC 7603 is one of the most striking examples of galaxy-quasar connections. One redshift is 8700km/s and one that is 17000km/s. How can they be connected? Some people said it's because it's actually not the same galaxy, it just appears to be that way. This proved to be wrong. The conclusion is therefore that redshift does not say anything about the distance.


Flat Earth ?

One has a line from the earth to this distant galaxy. The galaxy is part of the expansion of the universe and is expanding away at whatever rate something 5 billion light years away is expanding. The expansion is directly away from earth. The galaxy is also moving at ninety degrees from that expansion, for whatever reason, at 1/3 the speed of light. How would one add the transverse motion to the expansion motion, and calculate a red shift.

For additional fun, what if the gravitational field was 10 times higher at earth, than at the galaxy?

One has a line from the earth to this distant galaxy. The galaxy is part of the expansion of the universe and is expanding away at whatever rate something 5 billion light years away is expanding. The expansion is directly away from earth. The galaxy is also moving at ninety degrees from that expansion, for whatever reason, at 1/3 the speed of light. How would one add the transverse motion to the expansion motion, and calculate a red shift.

For additional fun, what if the gravitational field was 10 times higher at earth, than at the galaxy?

Calculate separately, multiply the results. So if cosmic expansion, relativistic doppler and gravitational red shift all individually doubled the wavelength between emitter and receiver, the combined red shift would amount to a factor of 2x2x2=8.


Red Shift Riddles

The following quotation concerning this phenomenon is from "Quantized Galaxy Redshifts" by William G. Tifft & W. John Cocke, University of Arizona, Sky & Telescope Magazine, Jan., 1987, pgs. 19-21. I thank Mark Stewart for this material:

As the turn of the next century approaches, we again find an established science in trouble trying to explain the behavior of the natural world. This time the problem is in cosmology, the study of the structure and "evolution" of the universe as revealed by its largest physical systems, galaxies and clusters of galaxies. A growing body of observations suggests that one of the most fundamental assumptions of cosmology is wrong.

Most galaxies' spectral lines are shifted toward the red, or longer wavelength, end of the spectrum. Edwin Hubble showed in 1929 that the more distant the galaxy, the larger this "redshift". Astronomers traditionally have interpreted the redshift as a Doppler shift induced as the galaxies recede from us within an expanding universe. For that reason, the redshift is usually expressed as a velocity in kilometers per second.

One of the first indications that there might be a problem with this picture came in the early 1970's. William G. Tifft, University of Arizona noticed a curious and unexpected relationship between a galaxy's morphological classification (Hubble type), brightness, and red shift. The galaxies in the Coma Cluster, for example, seemed to arrange themselves along sloping bands in a redshift vs. brightness diagram. Moreover, the spirals tended to have higher redshifts than elliptical galaxies. Clusters other than Coma exhibited the same strange relationships.

By far the most intriguing result of these initial studies was the suggestion that galaxy redshifts take on preferred or "quantized" values. First revealed in the Coma Cluster redshift v.s. brightness diagram, it appeared as if redshifts were in some way analogous to the energy levels within atoms.

These discoveries led to the suspicion that a galaxy's redshift may not be related to its Hubble velocity alone. If the redshift is entirely or partially non-Doppler (that is, not due to cosmic expansion), then it could be an intrinsic property of a galaxy, as basic a characteristic as its mass or luminosity. If so, might it truly be quantized?

Clearly, new and independent data were needed to carry this investigation further. The next step involved examining the rotation curves of individual spiral galaxies. Such curves indicate how the rotational velocity of the material in the galaxy's disk varies with distance from the center.

Several well-studied galaxies, including M51 and NGC 2903, exhibited two distinct redshifts. Velocity breaks, or discontinuities, occurred at the nuclei of these galaxies. Even more fascinating was the observation that the jump in redshift between the spiral arms always tended to be around 72 kilometers per second, no matter which galaxy was considered. Later studies indicated that velocity breaks could also occur at intervals that were 1/2, 1/3, or 1/6 of the original 72 km per second value.

At first glance it might seem that a 72 km per second discontinuity should have been obvious much earlier, but such was not the case. The accuracy of the data then available was insufficient to show the effect clearly. More importantly, there was no reason to expect such behavior, and therefore no reason to look for it. But once the concept was defined, the ground work was laid for further investigations.

The first papers in which this startling new evidence was presented were not warmly embraced by the astronomical community. Indeed, an article in the Astrophysical Journal carried a rare note from the editor pointing out that the referees "neither could find obvious errors with the analysis nor felt that they could enthusiastically endorse publication." Recognizing the far-reaching cosmological implications of the single-galaxy results, and undaunted by criticism from those still favoring the conventional view, the analysis was extended to pairs of galaxies.

Two galaxies physically associated with one another offer the ideal test for redshift quantization they represent the simplist possible system. According to conventional dynamics, the two objects are in orbital motion about each other. Therefore, any difference in redshift between the galaxies in a pair should merely reflect the difference in their orbital velocities along the same line of sight. If we observe many pairs covering a wide range of viewing angles and orbital geometries, the expected distribution of redshift differences should be a smooth curve. In other words, if redshift is solely a Doppler effect, then the differences between the measured values for members of pairs should show no jumps.

But this is not the situation at all. In various analyses the differences in redshift between pairs of galaxies tend to be quantized rather than continuously distributed. The redshift differences bunch up near multiples of 72 km per second. Initial tests of this result were carried out using available visible-light spectra, but these data were not sufficiently accurate to confirm the discovery with confidence. All that changed in 1980 when Steven Peterson, using telescopes at the National Radio Astronomy Observatory and Arecibo, published a radio survey of binary galaxies made in the 21-cm emission of neutral hydrogen.

Wavelength shifts can be pegged much more precisely for the 21cm line than for lines in the visible portion of the spectrum. Specifically, redshifts at 21 cm can be measured with an accuracy better than the 20 km per second required to detect clearly a 72 km per second periodicity.

Red shift differences between pairs group around 72, 144 and 216 km per second. Probability theory tells us that there are only a few chances in a thousand that such clumping is accidental. In 1982 an updated study of radio pairs and a review of close visible pairs demonstrated this same periodic pattern at similarly high significance levels.

Radio astronomers have examined groups of galaxies as well as pairs. There is no reason why the quantization should not apply to larger collections of galaxies, so redshift differentials within small groups were collected and analyzed. Again a strongly periodic pattern was confirmed.

The tests described so far have been limited to small physical systems each group or pair occupies only a tiny region of the sky. Such tests say nothing about the properties of redshifts over the entire sky. Experiments on a very large scale are certainly possible, but they are much more difficult to carry out.

One complication arises from having to measure galaxy redshifts from a moving platform. The motion of the solar system, assuming a doppler interpretation, adds a real component to every redshift. When objects lie close together in the sky, as with pairs and groups, this solar motion cancels out when one redshift is subtracted from another, but when galaxies from different regions of the sky are compared, such a simple adjustment can no longer be made. Nor can we apply the difference technique when more than a few galaxies are involved, there are simply too many combinations. Instead we must perform a statistical test using redshifts themselves.

As these first all-sky redshift studies began, there was no assurance that the quantization rules already discovered for pairs and groups would apply across the universe. After all, galaxies that were physically related were no longer being compared. Once again it was necessary to begin with the simplest available systems. A small sample of dwarf irregular galaxies spread around the sky was selected.

Dwarf irregular galaxies are low-mass systems that have a significant fraction of their mass tied up in neutral hydrogen gas. They have little organized internal or rotational motion and so present few complications in the interpretation of their redshifts. In these modest collections of stars we might expect any underlying quantum rules to be the least complex. Early 20th century physicists chose a similar approach when they began their studies of atomic structure they first looked at hydrogen, the simplest atom.

The analysis of dwarf irregulars was revised and improved when an extensive 21-cm redshift survey of dwarf galaxies was published by J. Richard Fisher and R. Brent Tully. Once the velocity of the solar system was accounted for, the irregulars in the Fisher-Tully Catalogue displayed an extraordinary clumping of redshifts. Instead of spreading smoothly over a range of values, the redshifts appeared to fall into discrete bins separated by intervals of 24 km per second, just 1/3 of the original 72 km per second interval. The Fisher-Tully redshifts are accurate to about 5 km per second. At this small level of uncertainty the likelihood that such clumping would randomly occur is just a few parts in 100,000.

Large-scale redshift quantization needed to be confirmed by analyzing redshifts of an entirely different class of objects. Galaxies in the Fisher-Tully catalogue that showed large amounts of rotation and interval motion (the opposite extreme from the dwarf irregulars) were studied.

Remarkably, using the same solar-motion correction as before, the galaxies' redshifts again bunched around certain specific values. But this time the favored redshifts were separated by exactly 1/2 of the basic 72 km per second interval. This is clearly evident. Even allowing for this change to a 36 km per second interval, the chance of accidentally producing such a preference is less than 4 in 1000. It is therefore concluded that at least some classes of galaxy redshifts are quantized in steps that are simple fractions of 72 km per second.

Current cosmological models cannot explain this grouping of galaxy redshifts around discrete values across the breadth of the universe. As further data are amassed the discrepancies from the conventional picture will only worsen. If so, dramatic changes in our concepts of large-scale gravitation, the origin and "evolution" of galaxies, and the entire formulation of cosmology would be required.

Several ways can be conceived to explain this quantization. As noted earlier, a galaxys' redshift may not be a Doppler shift, it is the currently commonly accepted interpretation of the red shift, but there can be and are other interpretations. A galaxys' redshift may be a fundamental property of the galaxy. Each may have a specific state governed by laws, analogues to those in quantum mechanics that specify which energy states atoms may occupy. Since there is relatively little blurring on the quantization between galaxies, any real motions would have to be small in this model. Galaxies would not move away from one another the universe would be static instead of expanding.

This model obviously has implications for our understanding of redshift patterns within and among galaxies. In particular it may solve the so-called "missing mass" problem. Conventional analysis of cluster dynamics suggest that there is not enough luminous matter to gravitationally bind moving galaxies to the system.


Kierein's Erroneous Dark Matter Model

Kierein proposes that dispersion due to electrons on the line of sight to gamma ray bursts causes the optical light to peak a "couple days later" than the GRB itself. Now this time delay is given by With t = 2*86400 sec and f = 5E14 Hz, I get int n_e ds = 3E37 per sq. cm. For a typical cosmological distance of ds = 2E28 cm, this requires an electron density of 1.5 billion per cc, which is more than 1,000 times larger than the electron density in the Earth's ionosphere! This is certainly a lot of dark matter!