Τι Redshift αποκαλύπτει ένα αντικείμενο

Όταν οι stargazers κοιτάνε το νυχτερινό ουρανό, αυτοί δείτε το φως. Είναι ένα ουσιαστικό μέρος του σύμπαντος που έχει ταξιδέψει σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτό το φως, που ονομάζεται τυπικά "ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία", περιέχει ένα θησαυρό πληροφοριών για το αντικείμενο από το οποίο προήλθε, που κυμαίνεται από τη θερμοκρασία του έως τις κινήσεις του.

Οι αστρονόμοι μελετούν το φως σε μια τεχνική που ονομάζεται φασματοσκοπία. Τους επιτρέπει να το αναλύσουν στα μήκη κύματος για να δημιουργήσουν αυτό που ονομάζεται "φάσμα". Μεταξύ άλλων, μπορούν να δουν αν ένα αντικείμενο απομακρύνεται από εμάς. Χρησιμοποιούν μια ιδιότητα που ονομάζεται "redshift" για να περιγράψει την κίνηση αντικειμένων που απομακρύνονται ο ένας από τον άλλο στο διάστημα.

Η αλλαγή κόκκινου χρώματος γίνεται όταν ένα αντικείμενο που εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία υποχωρεί από έναν παρατηρητή. Το φως που ανιχνεύεται εμφανίζεται "πιο κόκκινο" από ότι πρέπει να είναι επειδή μετατοπίζεται προς το "κόκκινο" άκρο του φάσματος. Το Redshift δεν είναι κάτι που ο καθένας μπορεί να «δει». Είναι ένα αποτέλεσμα που οι αστρονόμοι μετρούν στο φως μελετώντας τα μήκη κύματος.

Ένα αντικείμενο (συνήθως ονομάζεται "πηγή") εκπέμπει ή απορροφά ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία συγκεκριμένου μήκους κύματος ή δέσμης μηκών κύματος. Τα περισσότερα αστέρια εκπέμπουν ένα ευρύ φάσμα φωτός, από ορατά έως υπέρυθρα, υπεριώδη, ακτίνες Χ και ούτω καθεξής.

Καθώς η πηγή απομακρύνεται από τον παρατηρητή, το μήκος κύματος φαίνεται να «τεντώνεται» ή να αυξάνεται. Κάθε κορυφή εκπέμπεται μακρύτερα από την προηγούμενη κορυφή καθώς το αντικείμενο παίρνει υποχωρεί. Ομοίως, ενώ το μήκος κύματος αυξάνεται (παίρνει κόκκινο) η συχνότητα, και κατά συνέπεια η ενέργεια, μειώνεται.

Όσο πιο γρήγορα το αντικείμενο υποχωρεί, τόσο μεγαλύτερη είναι η κόκκινη μετατόπισή του. Αυτό το φαινόμενο οφείλεται στο Φαινόμενο Ντόπλερ. Οι άνθρωποι στη Γη είναι εξοικειωμένοι με τη μετατόπιση του Doppler με αρκετά πρακτικούς τρόπους. Για παράδειγμα, μερικές από τις πιο συνηθισμένες εφαρμογές του αποτελέσματος doppler (τόσο redshift όσο και blueshift) είναι τα πυροβόλα όπλα ραντάρ της αστυνομίας. Αναστέλλουν τα σήματα από ένα όχημα και το ποσό της redshift ή blueshift λέει σε έναν αξιωματικό πόσο γρήγορα πηγαίνει. Το ραντάρ για το καιρό Doppler λέει στους προβλέποντες πόσο γρήγορα κινείται ένα σύστημα καταιγίδας. Η χρήση των τεχνικών Doppler στην αστρονομία ακολουθεί τις ίδιες αρχές, αλλά αντί των εισιτηρίων γαλαξιών, οι αστρονόμοι το χρησιμοποιούν για να μάθουν για τις κινήσεις τους.

Ο τρόπος με τον οποίο οι αστρονόμοι καθορίζουν το redshift (και το blueshift) είναι να χρησιμοποιήσει ένα όργανο που ονομάζεται φασματογράφος (ή φασματόμετρο) για να δούμε το φως που εκπέμπεται από ένα αντικείμενο. Οι μικρές διαφορές στις φασματικές γραμμές δείχνουν μια στροφή προς το κόκκινο (για κόκκινη μετατόπιση) ή το μπλε (για μπλε μετατόπιση). Αν οι διαφορές δείχνουν μια κόκκινη μετατόπιση, σημαίνει ότι το αντικείμενο έχει υποχωρήσει. Αν είναι μπλε, τότε το αντικείμενο πλησιάζει.

Στις αρχές της δεκαετίας του 1900, οι αστρονόμοι σκέφτονταν ότι το σύνολο σύμπαν ήταν εγκλωβισμένη μέσα μας γαλαξίας, ο Γαλαξίας. Ωστόσο, οι μετρήσεις από άλλες τους γαλαξίες, τα οποία θεωρούνταν απλά νεφελώματα μέσα στο δικό μας, έδειξαν ότι ήταν πραγματικά εξω απο του Γαλαξία. Αυτή η ανακάλυψη έγινε από τον αστρονόμο Edwin P. Hubble, με βάση τις μετρήσεις των μεταβλητών αστεριών από έναν άλλο αστρονόμο που ονομάζεται Η Henrietta Leavitt.

Επιπλέον, μετρήθηκαν οι κόκκινες μετατοπίσεις (και σε μερικές περιπτώσεις και οι blueshifts) για αυτούς τους γαλαξίες, καθώς και οι αποστάσεις τους. Το Hubble έκανε την εκπληκτική ανακάλυψη ότι όσο πιο μακριά ένας γαλαξίας είναι, τόσο μεγαλύτερη είναι η κόκκινη μετατόπισή του. Αυτή η συσχέτιση είναι τώρα γνωστή ως Νόμος του Hubble. Βοηθάει τους αστρονόμους να καθορίσουν την επέκταση του σύμπαντος. Δείχνει επίσης ότι τα πιο μακριά αντικείμενα είναι από εμάς, τόσο ταχύτερα υποχωρούν. (Αυτό ισχύει με την ευρεία έννοια, υπάρχουν, για παράδειγμα, τοπικοί γαλαξίες που κινούνται προς το μέρος μας λόγω της κίνησης του " Τοπική ομάδα"). Τα περισσότερα αντικείμενα στο σύμπαν απομακρύνονται μακρυά από το άλλο και η κίνηση μπορεί να μετρηθεί αναλύοντας τις redshifts τους.

Οι αστρονόμοι μπορούν να χρησιμοποιήσουν το redshift για να καθορίσουν την κίνηση του Γαλαξία. Το κάνουν αυτό μετρώντας τη μετατόπιση Doppler αντικειμένων στον γαλαξία μας. Αυτές οι πληροφορίες αποκαλύπτουν πώς άλλα αστέρια και νεφελώματα κινούνται σε σχέση με τη Γη. Μπορούν επίσης να μετρήσουν την κίνηση πολύ απομακρυσμένων γαλαξιών - που ονομάζονται "μεγάλοι γαλαξίες με ερυθρά μετατόπιση". Πρόκειται για ένα ταχέως αναπτυσσόμενο πεδίο αστρονομία. Δεν επικεντρώνεται μόνο στους γαλαξίες, αλλά και σε άλλα αντικείμενα, όπως οι πηγές του γ-ακτίνων εκρήξεις.

Αυτά τα αντικείμενα έχουν πολύ υψηλή κόκκινη μετατόπιση, πράγμα που σημαίνει ότι απομακρύνονται από εμάς με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες. Οι αστρονόμοι αναθέτουν την επιστολή z σε κόκκινη μετατόπιση. Αυτό εξηγεί γιατί μερικές φορές θα βγει μια ιστορία που λέει ότι ένας γαλαξίας έχει μια κόκκινη μετατόπιση z= 1 ή κάτι τέτοιο. Οι πρώτες εποχές του σύμπαντος βρίσκονται σε ένα z περίπου 100. Έτσι, το redshift δίνει επίσης στους αστρονόμους έναν τρόπο να καταλάβουν πόσο μακριά είναι τα πράγματα εκτός από το πόσο γρήγορα κινούνται.

Η μελέτη των μακρινών αντικειμένων δίνει επίσης στους αστρονόμους ένα στιγμιότυπο της κατάστασης του σύμπαντος πριν από περίπου 13,7 δισεκατομμύρια χρόνια. Τότε ξεκίνησε η κοσμική ιστορία με τη Μεγάλη Έκρηξη. Το σύμπαν δεν φαίνεται μόνο να επεκτείνεται από εκείνη την εποχή, αλλά η επέκτασή του επιταχύνεται επίσης. Η πηγή αυτού του αποτελέσματος είναι σκοτεινή ενέργεια, ένα μη-κατανοητό τμήμα του σύμπαντος. Οι αστρονόμοι που χρησιμοποιούν το redshift για να μετρήσουν κοσμολογικές (μεγάλες) αποστάσεις, διαπιστώνουν ότι η επιτάχυνση δεν ήταν πάντα η ίδια σε όλη την κοσμική ιστορία. Ο λόγος αυτής της αλλαγής δεν είναι ακόμα γνωστός και αυτό το φαινόμενο της σκοτεινής ενέργειας παραμένει ένας ενδιαφέροντος χώρος σπουδών στην κοσμολογία (η μελέτη της προέλευσης και εξέλιξης του σύμπαντος).

Επεξεργάστηκε από Carolyn Collins Petersen.