Przesunięcie ku czerwieni

Z Wikipedii

Widmo uzyskane na Ziemi i odebrane z odległej galaktyki.

Przesunięcie ku czerwieni, poczerwienienie (ang. redshift) – zjawisko obserwowane w astronomii polegające na tym, że linie widmowe promieniowania elektromagnetycznego docierające z niektórych gwiazd lub galaktyk są przesunięte w stronę większych długości fali (mniejszych częstotliwości).

Z definicji przesunięcie ku czerwieni z jest pomniejszonym o jeden stosunkiem długości fali odebranej z ciała niebieskiego do długości fali emitowanej. Jeżeli emitowana fala ma długość $λ e$ , a obserwuje się falę o długości $λ o$ , to związek pomiędzy tymi długościami można wyrazić wzorem

$\lambda_o = (1+z) \lambda_e \,,$

gdzie z jest przesunięciem ku czerwieni.

Określenie przesunięciu ku czerwieni wprowadzono ze względu na fakt, iż światło widzialne o najdłuższej fali ma kolor czerwony i w kierunku tego krańca widma przesuwają się linie. Zamiennie mówi się też o poczerwienieniu światła lub widma gwiazdy czy wręcz redshifcie (szczególnie w kosmologii). Pojęcie to jest na tyle zakorzenione w astronomii, iż również dla zakresu długofalowego widma (podczerwieni czy wręcz fal radiowych) mówi się o przesunięciu ku czerwieni, choć tak naprawdę linie widmowe w tych pasmach oddalają się od barwy czerwonej.

W kosmologii efekt poczerwienienia obserwowany jest dla źródeł światła leżących w znacznej odległości od Ziemi (odległych galaktyk). Przesunięcie to jest proporcjonalne do odległości danego obiektu od Ziemi i jest podstawowym argumentem za modelem rozszerzającego się wszechświata (prawo Hubble'a).

Przesunięcie ku czerwieni wykrywa się analizując położenie linii widmowych pochodzących z danego obiektu. Analizy dokonuje się poprzez porównanie spektroskopowe światła gwiazdy i linii widmowych pierwiastków w laboratorium (np. wodoru).

Graficzna reprezentacja przesunięcia ku czerwieni wynikającego z grawitacyjnego zniekształcenia czasoprzestrzeni przez masę Słońca

Przesunięcie ku czerwieni jest wywołane kilkoma przyczynami:

Oddalanie się źródła światła. Podobne zjawisko zachodzi dla fal dźwiękowych i jest nazywane efektem Dopplera. W tym przypadku, ponieważ mamy do czynienia ze światłem, jest to relatywistyczny efekt Dopplera.
Rozszerzanie się wszechświata. Poczerwienienie występuje w widmach odległych galaktyk jako konsekwencja ekspansji wszechświata – odleglejsze galaktyki mają większe przesunięcie ku czerwieni.
Efekt grawitacyjny – światło "pokonując" grawitację traci energię, czyli zwiększa długość fali.
Efekt Sachsa-Wolfe'a.

Analogicznie, przesunięcie ku niebieskiemu występuje gdy obserwowane źródło światła zbliża się do obserwatora. Takie widma obserwuje się dla obiektów poruszających się w stronę Ziemi (np. Galaktyka Andromedy).