Hvordan rødforskyvning viser at universet utvides

Getty Images / Vector Mine

Når stjernekikkere ser opp på nattehimmelen, ser de se lys . Det er en viktig del av universet som har reist over store avstander. Dette lyset, formelt kalt 'elektromagnetisk stråling', inneholder en skattkammer av informasjon om objektet det kom fra, alt fra temperaturen til dets bevegelser.

Astronomer studerer lys i en teknikk som kalles 'spektroskopi'. Det lar dem dissekere det ned til bølgelengdene for å lage det som kalles et 'spektrum'. De kan blant annet fortelle om en gjenstand beveger seg bort fra oss. De bruker en egenskap kalt 'rødforskyvning' for å beskrive bevegelsen til et objekt som beveger seg bort fra hverandre i rommet.

Rødforskyvning oppstår når et objekt som sender ut elektromagnetisk stråling, trekker seg tilbake fra en observatør. Lyset som oppdages virker 'rødere' enn det burde være fordi det er forskjøvet mot den 'røde' enden av spekteret. Rødforskyvning er ikke noe noen kan 'se'. Det er en effekt som astronomer måler i lys ved å studere bølgelengdene.

Hvordan rødskift fungerer

Et objekt (vanligvis kalt 'kilden') sender ut eller absorberer elektromagnetisk stråling av en bestemt bølgelengde eller sett med bølgelengder. De fleste stjerner avgir et bredt spekter av lys, fra synlig til infrarødt, ultrafiolett, røntgen og så videre.

Når kilden beveger seg bort fra observatøren, ser det ut til at bølgelengden 'streker seg ut' eller øker. Hver topp sendes ut lenger unna den forrige toppen når objektet trekker seg tilbake. På samme måte, mens bølgelengden øker (blir rødere), reduseres frekvensen, og dermed energien.

Jo raskere objektet trekker seg tilbake, jo større rødforskyvning. Dette fenomenet skyldes Doppler effekten . Folk på jorden er kjent med Doppler-skifte på ganske praktiske måter. For eksempel er noen av de vanligste bruksområdene for dopplereffekten (både rødforskyvning og blåforskyvning) politiradarvåpen. De spretter signaler fra et kjøretøy og mengden rødforskyvning eller blåforskyvning forteller en offiser hvor fort det går. Doppler-værradar forteller varslere hvor raskt et stormsystem beveger seg. Bruken av Doppler-teknikker i astronomi følger de samme prinsippene, men i stedet for billettgalakser, bruker astronomer den til å lære om bevegelsene deres.

Måten astronomer bestemmer rødforskyvning (og blåforskyvning) på er å bruke et instrument kalt en spektrograf (eller spektrometer) for å se på lyset som sendes ut av et objekt. Små forskjeller i spektrallinjene viser en forskyvning mot den røde (for rødforskyvning) eller den blå (for blåforskyvning). Hvis forskjellene viser en rødforskyvning, betyr det at objektet trekker seg tilbake. Hvis de er blå, nærmer objektet seg.

Universets utvidelse

På begynnelsen av 1900-tallet trodde astronomer at hele univers var innkapslet i vår egen galakse , den Melkeveien . Men målinger gjort av andregalakser, som ble antatt å være ganske enkelt tåker inne i vår egen, viste at de virkelig var det utenfor av Melkeveien. Denne oppdagelsen ble gjort av astronom Edwin P. Hubble , basert på målinger av variable stjerner av en annen astronom ved navn Henrietta Leavitt.

Videre ble rødforskyvninger (og i noen tilfeller blåforskyvninger) målt for disse galaksene, så vel som deres avstander. Hubble gjorde den oppsiktsvekkende oppdagelsen at jo lenger unna en galakse er, desto større ser rødforskyvningen ut for oss. Denne korrelasjonen er nå kjent som Hubbles lov . Det hjelper astronomer med å definere utvidelsen av universet. Det viser også at jo lenger unna gjenstander er fra oss, jo raskere trekker de seg tilbake. (Dette er sant i vid forstand, det er for eksempel lokale galakser som beveger seg mot oss på grunn av bevegelsen til vår ' Lokal gruppe '.) For det meste trekker objekter i universet seg bort fra hverandre, og den bevegelsen kan måles ved å analysere rødforskyvningene deres.

Annen bruk av rødforskyvning i astronomi

Astronomer kan bruke rødforskyvning for å bestemme bevegelsen til Melkeveien. De gjør det ved å måle Doppler-forskyvningen av objekter i galaksen vår. Denne informasjonen avslører hvordan andre stjerner og tåker beveger seg i forhold til jorden. De kan også måle bevegelsen til svært fjerne galakser - kalt 'høy rødforskyvningsgalakser'. Dette er et raskt voksende felt av astronomi . Den fokuserer ikke bare på galakser, men også på andre andre objekter, for eksempel kildene til Gammastråle utbrudd.

Disse objektene har en veldig høy rødforskyvning, noe som betyr at de beveger seg bort fra oss med enormt høye hastigheter. Astronomer tildeler bokstaven Med å rødforskyve. Det forklarer hvorfor det noen ganger kommer en historie som sier at en galakse har en rødforskyvning på Med =1 eller noe sånt. De tidligste epoker av universet ligger ved a Med på rundt 100. Så rødforskyvning gir også astronomer en måte å forstå hvor langt unna ting er i tillegg til hvor raskt de beveger seg.

Studiet av fjerne objekter gir også astronomer et øyeblikksbilde av universets tilstand for rundt 13,7 milliarder år siden. Det var da den kosmiske historien begynte med Big Bang. Universet ser ikke bare ut til å utvide seg siden den gang, men dets ekspansjon akselererer også. Kilden til denne effekten er mørk energi , en ikke-godt forstått del av universet. Astronomer som bruker rødforskyvning for å måle kosmologiske (store) avstander, finner at akselerasjonen ikke alltid har vært den samme gjennom den kosmiske historien. Årsaken til denne endringen er fortsatt ikke kjent, og denne effekten av mørk energi er fortsatt et spennende studieområde i kosmologi (studiet av universets opprinnelse og utvikling.)

Redigert avCarolyn Collins Petersen.