Hvad er Redshift og Blueshift?

synligt lysspektrum, rødforskydning, blueshift, rødt skift, blåt skift

Det synlige lysspektrum. (Billedkredit: NASA.)



Rødforskydning og bluesforskydning beskriver, hvordan lyset skifter mod kortere eller længere bølgelængder, når objekter i rummet (f.eks. Stjerner eller galakser) bevæger sig tættere eller længere væk fra os. Konceptet er nøglen til at kortlægge universets ekspansion.



Synligt lys er et spektrum af farver, som er klart for alle, der har set på en regnbue. Når et objekt bevæger sig væk fra os, flyttes lyset til den røde ende af spektret, da dets bølgelængder bliver længere. Hvis et objekt bevæger sig tættere, bevæger lyset sig til den blå ende af spektret, da dets bølgelængder bliver kortere.

For at tænke mere klart over dette foreslår European Space Agency, forestil dig selv at lytte til en politisirene, mens bilen suser forbi dig på vejen.



'Alle har hørt den øgede tonehøjde for en politisiren, der nærmer sig, og det kraftige fald i tonehøjden, når sirenen går forbi og trækker sig tilbage. Effekten opstår, fordi lydbølgerne ankommer til lytterens øre tættere på hinanden, når kilden nærmer sig, og længere fra hinanden, når den trækker sig tilbage, ' ESA skrev .

Lyd og lys

Denne lydeffekt blev først beskrevet af Christian Andreas Doppler i 1800'erne og kaldes Doppler -effekten. Da lys også udstråler i bølgelængder, betyder det, at bølgelængderne kan strække sig eller knuse sammen afhængigt af objekternes relative position. Når det er sagt, bemærker vi det ikke i dagligdags størrelse, fordi lyset bevæger sig så meget hurtigere end lydens hastighed-en million gange hurtigere, bemærkede ESA.

Amerikansk astronom Edwin hubble (som Hubble -rumteleskopet er opkaldt efter) var den første til at beskrive rødforskydningsfænomenet og knytte det til et ekspanderende univers. Hans observationer, der blev afsløret i 1929, viste, at næsten alle galakser, han observerede, bevæger sig væk, Sagde NASA .



'Dette fænomen blev observeret som en rød forskydning af en galakses spektrum,' skrev NASA. 'Denne rødforskydning syntes at være større for svage, formodentlig yderligere galakser. Derfor, jo længere en galakse er, jo hurtigere trækker den tilbage fra Jorden. '

Galakserne bevæger sig væk fra Jorden, fordi selve rummets stof udvider sig. Mens galakser selv er i bevægelse - Andromeda Galaxy og Mælkevejen er for eksempel på kollisionskurs - der er et overordnet fænomen med rødforskydning, når universet bliver større.

Betegnelserne rødforskydning og blueshift gælder for enhver del af elektromagnetiske spektrum , herunder radiobølger, infrarød, ultraviolet, røntgenstråler og gammastråler. Så hvis radiobølger forskydes ind i den ultraviolette del af spektret, siges det at være bluesforskiftet eller forskudt mod de højere frekvenser. Gammastråler flyttet til radiobølger ville betyde et skift til lavere frekvens eller et rødt skift.



Rødforskydningen af ​​et objekt måles ved at undersøge absorptions- eller emissionslinjer i dets spektrum. Disse linjer er unikke for hvert element og har altid den samme afstand. Når et objekt i rummet bevæger sig mod eller væk fra os, kan linjerne findes ved forskellige bølgelængder, end hvor de ville være, hvis objektet ikke bevægede sig (i forhold til os). [ Relateret: Lav dit eget spektroskop ]

Rødforskydning er defineret som ændringen i lysets bølgelængde divideret med den bølgelængde, som lyset ville have, hvis kilden ikke bevægede sig - kaldet resten af ​​bølgelængden:

Tre typer rødforskydning

Mindst tre former for rødforskydning forekommer i universet - fra universets ekspansion, fra bevægelser af galakser i forhold til hinanden og fra 'gravitationsrødforskydning', som sker, når lyset forskydes på grund af den massive mængde stof inde i en galakse.

Denne sidstnævnte rødforskydning er den subtileste af de tre, men i 2011 kunne forskere identificere den på en universstørrelsesskala. Astronomer foretog en statistisk analyse af et stort katalog kendt som Sloan Digital Sky Survey, og fandt ud af, at tyngdekraftens rødforskydning sker - helt i tråd med Einsteins teori om generel relativitet. Dette værk blev offentliggjort i et Nature -papir.

'Vi har uafhængige målinger af klyngemasserne, så vi kan beregne, hvad forventningen til gravitationsrødforskydning baseret på generel relativitet er,' sagde Københavns Universitets astrofysiker Radek Wojtak dengang. 'Det stemmer helt overens med målingerne af denne effekt.'

Den første påvisning af gravitationsrødforskydning kom i 1959, efter at forskere opdagede det forekomme i gammastrålingslys, der stammer fra et jordbaseret laboratorium. Før 2011 blev den også fundet i solen og i nærliggende hvide dværge, eller de døde stjerner, der forbliver efter stjernerne i solstørrelse ophører med atomfusion sent i deres liv.

Bemærkelsesværdige anvendelser af rødforskydning

Redshift hjælper astronomer med at sammenligne afstanden til fjerne objekter. I 2011 meddelte forskere, at de havde set det fjerneste objekt, der nogensinde er set-et gammastråleudbrud kaldet GRB 090429B, som kom fra en eksploderende stjerne. På det tidspunkt vurderede forskere, at eksplosionen fandt sted for 13,14 milliarder år siden. Til sammenligning fandt Big Bang sted for 13,8 milliarder år siden.

Den længst kendte galakse er GN-z11. I 2016 Hubble -rumteleskopet fastslog, at den eksisterede bare et par hundrede millioner år efter Big Bang . Forskere målte rødforskydningen af ​​GN-z11 for at se, hvor meget dets lys var blevet påvirket af universets ekspansion. GN-z11s rødforskydning var 11,1, meget højere end den næsthøjeste rødforskydning på 8,68 målt fra galaksen EGSY8p7.

Forskere kan bruge rødforskydning til at måle, hvordan universet er opbygget i stor skala. Et eksempel på dette er den store mur Hercules-Corona Borealis; lys tager omkring 10 milliarder år at gå på tværs af strukturen. Sloan Digital Sky Survey er et igangværende rødforskydningsprojekt, der forsøger at måle rødforskydninger af flere millioner objekter. Den første redshift -undersøgelse var CfA RedShift Survey, som afsluttede sin første dataindsamling i 1982.

Et nyt forskningsfelt vedrører, hvordan man kan udtrække rødforskydningsinformation fra gravitationsbølger, som er forstyrrelser i rumtiden, der sker, når en massiv krop accelereres eller forstyrres. (Einstein foreslog først eksistensen af ​​gravitationsbølger i 1916 og Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) opdagede dem først direkte i 2016 ). Fordi gravitationsbølger bærer et signal, der viser deres rødforskydede masse, kræver det en vis beregning og estimering at udtrække rødforskydningen fra det, ifølge en artikel fra 2014 i den peer-reviewed journal Physical Review X .

Redaktørens note: Denne artikel blev opdateret den 7. august 2019 for at afspejle en korrektion. Radiobølger flyttet ind i den ultraviolette del af spektret er bluesforskiftet, ikke rødskiftet.