A látható fény spektruma.
(Kép: © NASA.)
A vörös és a kék váltás leírja, hogy a fény hogyan mozog rövidebb vagy hosszabb hullámhossz felé, miközben az űrben lévő tárgyak (például csillagok vagy galaxisok) közelebb vagy távolabb kerülnek tőlünk. A koncepció kulcsa az univerzum terjeszkedésének ábrázolásához.
A látható fény a színskála, amely világos mindenkinek, aki szivárványra nézett. Amikor egy tárgy elmozdul tőlünk, a fény a spektrum piros végére tolódik, mivel a hullámhosszai hosszabbodnak. Ha egy objektum közelebb mozog, akkor a fény a spektrum kék végére mozog, mivel a hullámhossza rövidebb lesz.
Az Európai Űrügynökség javasolja ennek tisztázását: képzelje el, hogy hallgassa meg a rendőrségi sziréna figyelmét, amikor az autó rohan az úton.
"Mindenki hallotta a közeledő rendőrségi sziréna megnövekedett hangmagasságát és a hangjelzés hirtelen csökkenését, amikor a sziréna elhalad és elhalad. A hatás azért jön létre, mert a hanghullámok közelebb kerülnek a hallgató füléhez, amikor a forrás közeledik, és egyre távolabb, amint csak visszahúzódik "- írta az ESA.
Hang és fény
Ezt a hanghatást Christian Andreas Doppler írta le először az 1800-as években, és Doppler-effektusnak hívják. Mivel a fény hullámhosszon is kibocsátódik, ez azt jelenti, hogy a hullámhosszok egymás mellett nyújthatók vagy összepattanhatnak, a tárgyak relatív helyzetétől függően. Ennek ellenére a mindennapi életben nem vesszük észre, mert a fény sokkal gyorsabban halad, mint a hang sebessége - milliószor gyorsabb - jegyezte meg az ESA.
Az amerikai csillagász, Edwin Hubble (akit a Hubble űrteleszkóp neveztek el) volt az első, aki leírta a vöröseltolódás jelenségét, és összekapcsolta azt egy bővülő univerzummal. 1929-ben feltárt megfigyelései azt mutatták, hogy szinte az összes megfigyelt galaxis elmozdul - jelentette a NASA.
"Ezt a jelenséget a galaxis spektrumának vöröseltolódásaként figyelték meg" - írta a NASA. "Ez a vöröseltolódás nagyobb volt a halvány, feltehetőleg további galaxisok esetében. Ennélfogva minél távolabbi a galaxis, annál gyorsabban távozik a Földről."
A galaxisok elmozdulnak a Földtől, mert maga a tér szövet bővül. Miközben maguk a galaxisok mozgásban vannak - például az Andromeda galaxis és a Tejút ütközés útján vannak -, a vöröseltolódás általános jelensége, amikor az univerzum nagyobb lesz.
A vöröseltolódás és a kékváltás kifejezések az elektromágneses spektrum bármely részére vonatkoznak, ideértve a rádióhullámokat, infravörös, ultraibolya, röntgen- és gammasugarakat. Tehát, ha a rádióhullámokat elmozdítják a spektrum ultraibolya részébe, akkor azt állítják, hogy a blues eltolódtak, vagy pedig a magasabb frekvenciák felé tolódnak el. A rádióhullámra eltolódott gamma-sugarak alacsonyabb frekvenciára való váltást vagy vöröseltolódást jelentenek.
Az objektum vöröseltolódását úgy mérik, hogy megvizsgálják a spektrumában levő abszorpciós vagy emissziós vonalakat. Ezek a sorok minden elemnél egyediek, és mindig azonos távolsággal rendelkeznek. Amikor egy űrben lévő objektum felénk vagy tőlünk mozog, a vonalak eltérő hullámhosszon találhatók, mint ahol lennének, ha az objektum nem mozog (ránk viszonyítva). [Kapcsolódó: Készítse el saját spektroszkópját]
A vöröseltolódást úgy határozzuk meg, hogy a fény hullámhosszában bekövetkezett változás megoszlik a hullámhosszon, amely a fénynek lenne, ha a forrás nem mozogna - úgynevezett nyugalmi hullámhossz:
Háromféle vöröseltolódás
Legalább három típusú vöröseltolódás fordul elő az univerzumban - az univerzum tágulásától, a galaxisok egymáshoz viszonyított mozgásától és a "gravitációs vöröseltolódástól", amely akkor fordul elő, amikor a fény eltolódik a galaxisban lévő hatalmas anyagmennyiség miatt.
Ez utóbbi vöröseltolódás a három közül a legfinomabb, ám 2011-ben a tudósok képes voltak azonosítani egy univerzum méretarányban. A csillagászok statisztikai elemzést végeztek egy nagy katalógusról, amelyet a Sloan Digital Sky Survey néven ismertek, és megállapították, hogy megtörténik a gravitációs vöröseltolódás - pontosan összhangban Einstein általános relativitáselmélet-elméletével. Ezt a munkát egy Nature című cikkben tették közzé.
"A klasztertömegeket független mérésekkel végezzük, így kiszámolhatjuk, hogy az általános relativitáselmélet alapján milyen mértékben várható el a gravitációs vöröseltolódás" - mondta a Koppenhágai Egyetem asztrofizikusa, Radek Wojtak. "Pontosan megegyezik a hatás méréseivel."
A gravitációs vöröseltolódás első észlelése 1959-ben történt, miután a tudósok felfedezték annak előfordulását egy földi laboratóriumból származó gamma-sugárzásban. 2011 előtt a napfényben és a közeli fehér törpékben is megtalálhatóak, vagy a napméretű csillagok után megmaradt halott csillagok életük késő szakaszában abbahagyják a nukleáris fúziót.
A vöröseltolódás jelentős felhasználása
A vöröseltolódás segít a csillagászoknak összehasonlítani a távoli tárgyak távolságát. 2011-ben a tudósok bejelentették, hogy látják a legtávolabbi tárgyat, amelyet valaha láttak - a GRB 090429B nevű gamma-sugárcsörgést, amely egy robbantó csillagból származott. Abban az időben a tudósok becslése szerint a robbanás 13,14 milliárd évvel ezelőtt történt. Összehasonlításképpen: a Nagyrobbanás 13,8 milliárd évvel ezelőtt történt.
A legtávolabbi ismert galaxis a GN-z11. A Hubble Űrtávcső 2016-ban megállapította, hogy csak néhány száz millió évvel a Nagyrobbanás után létezett. A tudósok megmérték a GN-z11 vöröseltolódását, hogy meghatározzák, mennyire befolyásolta fényét az univerzum tágulása. A GN-z11 vöröseltolódása 11,1 volt, jóval magasabb, mint az EGSY8p7 galaxistól mért 8,68-os következő legmagasabb vöröseltolódás.
A tudósok a vöröseltolódással mérhetik az univerzum nagyméretű felépítését. Ennek egyik példája a Hercules-Corona Borealis Nagy Fal; A fény körülbelül 10 milliárd évig tart, hogy áthaladjon a szerkezeten. A Sloan Digital Sky Survey folyamatos vöröseltolódási projekt, amelynek célja több millió objektum vöröseltolódásának mérése. Az első vöröseltolódási felmérés a CfA RedShift Survey volt, amely 1982-ben fejezte be első adatgyűjtését.
Az egyik feltörekvő kutatási terület arra vonatkozik, hogy hogyan lehet kivonni az vöröseltolódási információt a gravitációs hullámokból, amelyek a tér-idő zavarai, amelyek akkor fordulnak elő, ha egy hatalmas test felgyorsul vagy zavar. (Einstein először 1916-ban javasolta a gravitációs hullámok létezését, és a Lézer-interferométer Gravitációs-Hullám-megfigyelőközpont (LIGO) először közvetlenül észlelte őket 2016-ban.) Mivel a gravitációs hullámok olyan jelet hordoznak, amely megmutatja vöröseltolódott tömegüket, az vöröseltolódás kivonásához ehhez némi számításra és becslésre van szükség, mondja a 2014. évi cikk a recenzált folyóiratban, a Physical Review X.
Szerkesztő megjegyzés: Ezt a cikket a javítás tükrében 2019. augusztus 7-én frissítették. A spektrum ultraibolya részébe eltolt rádióhullámok bluffel eltolódnak, nem pedig vöröseltolódnak.
