El espectro de luz visible.
(Imagen: © NASA.)
Redshift y blueshift describen cómo la luz se desplaza hacia longitudes de onda más cortas o más largas a medida que los objetos en el espacio (como estrellas o galaxias) se acercan o alejan de nosotros. El concepto es clave para trazar la expansión del universo.
La luz visible es un espectro de colores, que es claro para cualquiera que haya mirado un arco iris. Cuando un objeto se aleja de nosotros, la luz se desplaza hacia el extremo rojo del espectro, a medida que sus longitudes de onda se alargan. Si un objeto se acerca, la luz se mueve hacia el extremo azul del espectro, a medida que sus longitudes de onda se acortan.
Para pensar en esto más claramente, la Agencia Espacial Europea sugiere, imagínese escuchando una sirena de policía mientras el automóvil se apresura a su lado en la carretera.
"Todo el mundo ha escuchado el aumento del tono de una sirena de policía que se aproxima y la fuerte disminución del tono a medida que la sirena pasa y retrocede. El efecto surge porque las ondas de sonido llegan al oído del oyente más cerca a medida que se acerca la fuente, y más lejos a medida que se acerca. retrocede ", escribió la ESA.
Sonido y luz
Este efecto de sonido fue descrito por primera vez por Christian Andreas Doppler en el siglo XIX y se llama efecto Doppler. Dado que la luz también emana en longitudes de onda, esto significa que las longitudes de onda pueden estirarse o contraerse juntas dependiendo de la posición relativa de los objetos. Dicho esto, no lo notamos en una escala de tamaño diario porque la luz viaja mucho más rápido que la velocidad del sonido, un millón de veces más rápido, señaló la ESA.
El astrónomo estadounidense Edwin Hubble (que lleva el nombre del Telescopio Espacial Hubble) fue el primero en describir el fenómeno del desplazamiento al rojo y vincularlo a un universo en expansión. Sus observaciones, reveladas en 1929, mostraron que casi todas las galaxias que observó se están alejando, dijo la NASA.
"Este fenómeno se observó como un desplazamiento al rojo del espectro de una galaxia", escribió la NASA. "Este desplazamiento al rojo parecía ser más grande para las galaxias débiles, presumiblemente más allá. Por lo tanto, cuanto más se aleja una galaxia, más rápido se aleja de la Tierra".
Las galaxias se están alejando de la Tierra porque la estructura del espacio mismo se está expandiendo. Mientras las galaxias mismas están en movimiento, la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea, por ejemplo, están en curso de colisión, hay un fenómeno general de desplazamiento hacia el rojo a medida que el universo se hace más grande.
Los términos desplazamiento al rojo y desplazamiento al azul se aplican a cualquier parte del espectro electromagnético, incluidas las ondas de radio, infrarrojos, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. Entonces, si las ondas de radio se desplazan hacia la parte ultravioleta del espectro, se dice que se desplazan hacia el azul o hacia las frecuencias más altas. Los rayos gamma desplazados a ondas de radio significarían un cambio a una frecuencia más baja o un desplazamiento al rojo.
El desplazamiento al rojo de un objeto se mide examinando las líneas de absorción o emisión en su espectro. Estas líneas son únicas para cada elemento y siempre tienen el mismo espacio. Cuando un objeto en el espacio se mueve hacia o lejos de nosotros, las líneas se pueden encontrar en diferentes longitudes de onda de las que estarían si el objeto no se moviera (en relación con nosotros). [Relacionado: haga su propio espectroscopio]
Redshift se define como el cambio en la longitud de onda de la luz dividida por la longitud de onda que tendría la luz si la fuente no se moviera, llamada la longitud de onda restante:
Tres tipos de desplazamiento al rojo
Al menos tres tipos de desplazamiento al rojo ocurren en el universo: desde la expansión del universo, desde el movimiento de las galaxias entre sí y desde el "desplazamiento hacia el rojo gravitacional", que ocurre cuando la luz se desplaza debido a la gran cantidad de materia dentro de una galaxia.
Este último desplazamiento al rojo es el más sutil de los tres, pero en 2011 los científicos pudieron identificarlo en una escala de tamaño universal. Los astrónomos hicieron un análisis estadístico de un gran catálogo conocido como Sloan Digital Sky Survey, y descubrieron que el desplazamiento al rojo gravitacional ocurre, exactamente en línea con la teoría de la relatividad general de Einstein. Este trabajo fue publicado en un artículo de Nature.
"Tenemos mediciones independientes de las masas de los conglomerados, por lo que podemos calcular cuál es la expectativa de desplazamiento hacia el rojo gravitacional basado en la relatividad general", dijo el astrofísico de la Universidad de Copenhague Radek Wojtak en ese momento. "Está exactamente de acuerdo con las mediciones de este efecto".
La primera detección de desplazamiento al rojo gravitacional se produjo en 1959, después de que los científicos detectaron que ocurría en la luz de rayos gamma que emanaba de un laboratorio con base en la Tierra. Antes de 2011, también se encontró en el sol y en las enanas blancas cercanas, o en las estrellas muertas que quedan después de que las estrellas del tamaño del sol dejan de fusionarse tarde en sus vidas.
Usos notables del desplazamiento al rojo
Redshift ayuda a los astrónomos a comparar las distancias de objetos lejanos. En 2011, los científicos anunciaron que habían visto el objeto más lejano jamás visto: una explosión de rayos gamma llamada GRB 090429B, que emanaba de una estrella en explosión. En ese momento, los científicos estimaron que la explosión tuvo lugar hace 13.14 mil millones de años. En comparación, el Big Bang tuvo lugar hace 13.800 millones de años.
La galaxia más lejana conocida es GN-z11. En 2016, el telescopio espacial Hubble determinó que existía solo unos cientos de millones de años después del Big Bang. Los científicos midieron el desplazamiento al rojo de GN-z11 para ver cuánto había afectado su luz la expansión del universo. El desplazamiento hacia el rojo de GN-z11 fue de 11.1, mucho más alto que el desplazamiento hacia el rojo más alto de 8.68 medido desde la galaxia EGSY8p7.
Los científicos pueden usar el desplazamiento al rojo para medir cómo se estructura el universo a gran escala. Un ejemplo de esto es la Gran Muralla Hercules-Corona Borealis; La luz tarda unos 10 mil millones de años en atravesar la estructura. El Sloan Digital Sky Survey es un proyecto de desplazamiento al rojo en curso que intenta medir los desplazamientos al rojo de varios millones de objetos. La primera encuesta de desplazamiento al rojo fue la Encuesta CfA RedShift, que completó su primera recopilación de datos en 1982.
Un campo de investigación emergente se refiere a cómo extraer información de desplazamiento al rojo de las ondas gravitacionales, que son perturbaciones en el espacio-tiempo que ocurren cuando un cuerpo masivo se acelera o perturba. (Einstein sugirió por primera vez la existencia de ondas gravitacionales en 1916, y el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) las detectó por primera vez directamente en 2016). Debido a que las ondas gravitacionales transportan una señal que muestra su masa desplazada al rojo, la extracción del desplazamiento al rojo requiere cierto cálculo y estimación, según un artículo de 2014 en la revista revisada por pares Physical Review X.
Nota del editor: Este artículo se actualizó el 7 de agosto de 2019 para reflejar una corrección. Las ondas de radio desplazadas hacia la parte ultravioleta del espectro se desplazan hacia el azul, no hacia el rojo.
