Spectrul luminii vizibile.
(Imagine: © NASA.)
Redshift și blueshift descriu modul în care lumina se schimbă spre lungimi de undă mai scurte sau mai lungi, pe măsură ce obiectele din spațiu (cum ar fi stelele sau galaxiile) se apropie sau mai departe de noi. Conceptul este cheia pentru graficarea expansiunii universului.
Lumina vizibilă este un spectru de culori, care este clar pentru oricine a privit un curcubeu. Când un obiect se îndepărtează de noi, lumina este mutată la capătul roșu al spectrului, deoarece lungimile de undă ale acesteia devin mai lungi. Dacă un obiect se apropie, lumina se deplasează la capătul albastru al spectrului, deoarece lungimile de undă ale acesteia devin mai scurte.
Pentru a vă gândi mai clar la acest lucru, sugerează Agenția Spațială Europeană, imaginați-vă că ascultați o sirenă de poliție în timp ce mașina se grăbește pe drum.
„Toată lumea a auzit tonul crescut al unei sirene de poliție care se apropie și scăderea accentuată a tonalității pe măsură ce sirena trece și se retrage. Efectul apare pentru că undele sonore ajung la urechea ascultătorului mai aproape împreună pe măsură ce sursa se apropie. se retrage ", a scris ESA.
Sunet și lumină
Acest efect sonor a fost descris pentru prima dată de Christian Andreas Doppler în anii 1800 și se numește efect Doppler. Deoarece lumina emană și în lungimi de undă, aceasta înseamnă că lungimile de undă se pot întinde sau se strâng împreună, în funcție de poziția relativă a obiectelor. Acestea fiind spuse, nu îl observăm la scară de zi cu zi, deoarece lumina călătorește mult mai repede decât viteza sunetului - de un milion de ori mai rapid, a menționat ESA.
Astronomul american Edwin Hubble (care este numit Telescopul spațial Hubble) a fost primul care a descris fenomenul redshift și l-a legat de un univers în expansiune. Observațiile sale, dezvăluite în 1929, au arătat că aproape toate galaxiile pe care le-a observat se îndepărtează, a spus NASA.
"Acest fenomen a fost observat ca un redshift al spectrului unei galaxii", a scris NASA. "Acest redshift părea a fi mai mare pentru galaxii slabe, probabil mai departe, de aici. Prin urmare, cu cât este mai departe o galaxie, cu atât ea se retrage mai repede de pe Pământ".
Galaxiile se îndepărtează de Pământ, deoarece țesătura spațiului în sine se extinde. În timp ce galaxiile în sine sunt în mișcare - galaxia Andromeda și Calea Lactee, de exemplu, sunt în curs de coliziune - există un fenomen general de redshift care se întâmplă pe măsură ce universul devine mai mare.
Termenii redshift și blueshift se aplică oricărei părți a spectrului electromagnetic, incluzând unde radio, infraroșu, ultraviolete, raze X și raze gamma. Deci, dacă undele radio sunt deplasate în partea ultravioletă a spectrului, se spune că acestea sunt schimbate în blueshift sau sunt orientate către frecvențele mai înalte. Razele gamma trecute la undele radio ar însemna o schimbare la frecvență mai mică sau un redshift.
Redshift-ul unui obiect este măsurat prin examinarea liniilor de absorbție sau de emisie din spectrul său. Aceste linii sunt unice pentru fiecare element și au întotdeauna același spațiu. Când un obiect din spațiu se deplasează spre sau departe de noi, liniile pot fi găsite la diferite lungimi de undă decât acolo unde ar fi dacă obiectul nu s-ar muta (în raport cu noi). [Înrudit: Faceți-vă propriul spectroscop]
Redshift este definit ca modificarea lungimii de undă a luminii împărțită la lungimea de undă pe care lumina ar avea-o dacă sursa nu se mișcă - numită lungimea de undă de repaus:
Trei tipuri de redshift
Cel puțin trei tipuri de redshift apar în univers - de la expansiunea universului, de la mișcarea galaxiilor unul față de celălalt și de la „redshift gravitațional”, care se întâmplă atunci când lumina este deplasată din cauza cantității masive de materie din interiorul unei galaxii.
Această din urmă redshift este cea mai subtilă dintre cele trei, dar în 2011 oamenii de știință au putut să o identifice pe o scară de dimensiuni universale. Astronomii au făcut o analiză statistică a unui catalog mare cunoscut sub numele de Sloan Digital Sky Survey și au descoperit că redshift-ul gravitațional se întâmplă - exact în conformitate cu teoria relativității generale a lui Einstein. Această lucrare a fost publicată într-o lucrare de natură.
"Avem măsurători independente ale maselor de cluster, deci putem calcula care este așteptarea pentru redshift-ul gravitațional bazat pe relativitatea generală", a spus astrofizicianul Universității din Copenhaga, Radek Wojtak. "Este de acord exact cu măsurătorile acestui efect."
Prima detectare a redshift-ului gravitațional a venit în 1959, după ce oamenii de știință au detectat-o care apare în lumina cu raze gamma emanată dintr-un laborator de pe Pământ. Înainte de 2011, a fost găsit și la soare și în pitici albi din apropiere, sau stelele moarte care rămân după ce stelele de dimensiuni solare încetează fuziunea nucleară târziu în viața lor.
Utilizări notabile ale redshift-ului
Redshift îi ajută pe astronomi să compare distanțele obiectelor îndepărtate. În 2011, oamenii de știință au anunțat că au văzut cel mai îndepărtat obiect văzut vreodată - o explozie cu raze gamma, numită GRB 090429B, care emana de la o stea care exploda. La vremea respectivă, oamenii de știință au estimat că explozia a avut loc în urmă cu 13,14 miliarde de ani. Prin comparație, Big Bang-ul a avut loc acum 13,8 miliarde de ani.
Cea mai îndepărtată galaxie cunoscută este GN-z11. În 2016, Telescopul spațial Hubble a stabilit că a existat la doar câteva sute de milioane de ani după Big Bang. Oamenii de știință au măsurat redshift-ul GN-z11 pentru a vedea cât de multă lumină a fost afectată de expansiunea universului. Redshift-ul GN-z11 a fost 11,1, mult mai mare decât următorul redshift de 8,68 măsurat de la galaxia EGSY8p7.
Oamenii de știință pot folosi redshift pentru a măsura modul în care universul este structurat pe scară largă. Un exemplu în acest sens este Marele Zid al lui Hercules-Corona Borealis; lumina are nevoie de aproximativ 10 miliarde de ani pentru a traversa structura. Sloan Digital Sky Survey este un proiect în curs de redshift care încearcă să măsoare redshift-urile a câteva milioane de obiecte. Primul sondaj redshift a fost CfA RedShift Survey, care a finalizat prima colecție de date în 1982.
Un domeniu de cercetare emergent se referă la modul de extragere a informațiilor redshift din valurile gravitaționale, care sunt tulburări în spațiu-timp care se întâmplă atunci când un corp masiv este accelerat sau perturbat. (Einstein a sugerat pentru prima dată existența undelor gravitaționale în 1916, iar Observatorul Laser Interferometru Gravitational-Wave (LIGO) le-a detectat pentru prima dată direct în 2016). Deoarece undele gravitaționale poartă un semnal care arată masa lor redshifted, extragerea redshift-ului din asta necesită un anumit calcul și estimare, potrivit unui articol din 2014 din revista revizuită de la egalitate Physical Review X.
Nota editorului: Acest articol a fost actualizat pe 7 august 2019 pentru a reflecta o corecție. Undele radio trecute în partea ultravioletă a spectrului sunt schimbate în albastru, nu roșu.
