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Redshift

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Linhas de absorção do espectro óptico de uma superaglomerado de galáxias distantes (direita), em comparação com as linhas de absorção no espectro óptico do Sol (esquerda). As setas indicam redshift. Comprimento de onda aumenta-se para o vermelho e além (frequência diminui).

Em física e astronomia , redshift ocorre quando a radiação eletromagnética , geralmente luz visível , que é emitido a partir ou refletida por um objeto é deslocado em direção ao (menos energéticos) extremidade vermelha do espectro eletromagnético. Mais geralmente, desvio para o vermelho é definida como um aumento no comprimento de onda de radiação electromagnética recebido por um detector em comparação com o comprimento de onda emitida pela fonte. Este aumento no comprimento de onda corresponde a uma diminuição na frequência da radiação electromagnética . Por outro lado, um decréscimo no comprimento de onda é chamada deslocamento para o azul.

Qualquer aumento no comprimento de onda é chamado de "desvio para o vermelho", mesmo se ocorrer na radiação electromagnética com comprimentos de onda não-ópticos, tal como raios gama, raios-x e ultravioleta . Esta nomenclatura pode ser confuso uma vez que, em comprimentos de onda mais longos do que o vermelho (por exemplo, infravermelho, microondas, e ondas de rádio), redshifts deslocar a radiação longe de comprimentos de onda vermelho.

Um redshift observado devido à Efeito Doppler ocorre sempre que uma fonte de luz move-se para longe do observador, correspondente ao efeito Doppler, que muda a frequência percebida de ondas sonoras . Embora observando esses desvios para o vermelho, azul ou turnos complementares, tem várias aplicações terrestres (por exemplo, Radar Doppler e radares), espectroscópica astrofísica usa redshifts Doppler para determinar o movimento de objetos astronômicos distantes. Este fenômeno foi previsto e observado no século 19 como os cientistas começaram a considerar as implicações dinâmicas da primeira onda -natureza de luz .

Outra causa de desvio para o vermelho é a expansão do universo, o que explica a observação de que os redshifts de distantes galáxias , quasares, e intergalácticas nuvens de gás em aumentar proporcionalmente à sua distância da Terra. Este mecanismo é uma característica fundamental do Big Bang modelo de cosmologia física .

Desvio para o vermelho gravitacional é observado se o receptor está localizado na maior potencial gravitacional que a fonte. A causa do desvio gravitacional para o vermelho é a dilatação do tempo que ocorre perto de objetos massivos, de acordo com a relatividade geral

Todos os três destes fenômenos, cuja ampla gama de instâncias são o foco deste artigo, pode ser entendido sob a égide de leis de transformação quadro, conforme descrito abaixo . Existem numerosos outros mecanismos com diferentes descrições físicas e matemáticas que podem conduzir a uma mudança na frequência de radiação electromagnética e cuja acção não é geralmente referido como um "desvio para o vermelho", incluindo e espalhamento efeitos ópticos (Para mais veja seção sobre óptica física e transferência radiativa ).

História

A história do sujeito começou com o desenvolvimento no século 19 de mecânica ondulatória ea exploração de fenômenos associados com a Efeito Doppler. O efeito é nomeado após Christian Andreas Doppler, que ofereceu a explicação física primeiramente conhecido para o fenômeno em 1842. A hipótese foi testada e confirmada por ondas sonoras pelo holandês cientista Christoph Hendrik Diederik Buys Ballot em 1845. Doppler previu corretamente que o fenômeno deve aplicar-se a todas as ondas , e, em particular, sugeriram que as diferentes cores de estrelas pode ser atribuída ao seu movimento em relação à Terra. Embora essa atribuição acabou por ser incorreto (cores estelares são indicadores de uma estrela de temperatura, não movimento), Doppler mais tarde seria justificado por observações redshift verificados.

O primeiro redshift Doppler foi descrito em 1848 pelo físico francês Armand-Hippolyte-Louis Fizeau, que apontou para a mudança na linhas espectrais visto em estrelas como sendo devido ao efeito Doppler. O efeito é às vezes chamado de "efeito Doppler-Fizeau". Em 1868, o astrônomo britânico William Huggins foi o primeiro para determinar a velocidade de uma estrela afastando-se da Terra por este método.

Em 1871, redshift óptica foi confirmado quando o fenômeno foi observado em Linhas de Fraunhofer utilizando rotação solar, cerca de 0,1 Å no vermelho. Em 1901 Aristarkh Belopolsky verificada redshift óptica em laboratório, utilizando um sistema de espelhos rotativos.

A primeira ocorrência do termo "red-shift" na cópia (nesta forma com hífen), parece ser pelo astrônomo americano Walter S. Adams em 1908, onde ele menciona "Dois métodos de investigação de que a natureza do nebular vermelho-shift". A palavra não aparece Unhyphenated, talvez indicando um uso mais comum de seu equivalente alemão, Rotverschiebung, até cerca de 1934 por Willem de Sitter.

Começando com observações em 1912, Vesto Slipher descobriu que a maioria nebulosas espirais tinha redshifts consideráveis. Subsequentemente, Edwin Hubble descobriu uma relação aproximada entre o redshift de tal "nebulosas" (agora conhecido por ser galáxias em sua própria direita) ea distância para eles com a formulação de seu homônimo lei de Hubble . Estas observações corroborada 1922 O trabalho de Alexander Friedman, no qual ele derivou o famoso Equações de Friedmann. Eles são considerados hoje uma forte evidência para um expansão universo eo Big Bang teoria.

Medição, caracterização e interpretação

O espectro de luz que vem de uma única fonte (veja a ilustração idealizada espectro superior direito) pode ser medido. Para determinar o desvio para o vermelho, apresenta no espectro como linhas de absorção, linhas de emissão, ou outras variações na intensidade de luz, são procurados. Se for encontrado, estas características podem ser comparados com características conhecidas no espectro de vários compostos químicos encontrados em experiências em que o composto está localizado na terra. Um muito comum elemento atômico no espaço é hidrogénio . O espectro da luz originalmente inexpressivo brilhou através de hidrogênio irá mostrar uma Espectro de assinatura específica para hidrogénio que tem características em intervalos regulares. Se restrita a linhas de absorção que ficaria semelhante à ilustração (canto superior direito). Se o mesmo padrão de intervalos é visto num espectro observado a partir de uma fonte distante, mas ocorrendo em comprimentos de onda se moveu, ele pode ser também identificado como hidrogénio. Se a mesma linha espectral é identificada em ambos os espectros de mas em diferentes comprimentos de onda, em seguida, o desvio para o vermelho pode ser calculada utilizando a tabela abaixo. Determinar o desvio para o vermelho de um objeto desta forma requer uma gama de comprimentos de onda ou freqüência-. A fim de calcular o desvio para o vermelho um tem de saber o comprimento de onda da luz emitida no quadro resto da fonte, por outras palavras, o comprimento de onda que seria medida por um observador localizado adjacente a e comóvel com a fonte. Uma vez que em aplicações astronômicas esta medida não pode ser feito diretamente, pois isso exigiria viajar para a estrela distante de interesse, o método que utiliza linhas espectrais descritos aqui é usado em vez disso. Redshifts não pode ser calculado por olhar para características não identificados cuja freqüência resto-frame é desconhecido, ou com um espectro que é inexpressivo ou ruído branco (flutuações aleatórias em um espectro).

Desvio para o vermelho (azul e deslocamento) pode ser caracterizado por a diferença relativa entre os comprimentos de onda e observados emitidos (ou frequência) de um objecto. Em astronomia, é costume referir-se a essa alteração usando uma quantidade adimensional chamado z. Se λ representa comprimento de onda e f representa a frequência (nota, λf = c em que c é a velocidade da luz ), então o símbolo Z é definido pelas equações:

Cálculo de desvio para o vermelho, z
Com base no comprimento de onda Com base na frequência
z = \ frac {\ lambda _ {\ mathrm {observado}} - \ lambda _ {\ mathrm {emitida}}} {\ lambda _ {\ mathrm {emitida}}}z = \ frac {f _ {\ mathrm {emitida}} - f _ {\ mathrm {observado}}} {f _ {\ mathrm {observado}}}
1 + z = \ frac {\ lambda _ {\ mathrm {observado}}} {\ lambda _ {\ mathrm {emitida}}}1 + z = \ frac {f _ {\ mathrm {emitida}}} {f _ {\ mathrm {observado}}}

Depois z é medido, a distinção entre redshift e azul mudança é simplesmente uma questão de saber se z é positivo ou negativo. Consulte a seção de mecanismos abaixo algumas interpretações básicas que se seguem quando qualquer um redshift ou azul mudança é observada. Por exemplo, Efeito Doppler turnos azul (Z <0) estão associados com objectos que se aproxima (aproximando-se) o observador com o deslocamento de luz maiores energias . Por outro lado, desvios para o vermelho efeito Doppler (z> 0) estão associados com objectos de recuo (afastando-se) a partir do observador, com a luz a passar para energias mais baixas. Do mesmo modo, deslocamentos gravitacionais azul estão associados com a luz emitida a partir de uma fonte que residem dentro de uma fraco campo gravitacional dentro observada uma forte campo gravitacional, enquanto redshifting gravitacional implica as condições opostas.

Mecanismos

Um único fotão propagada através de uma vácuo pode redshift de várias maneiras distintas. Cada um destes mecanismos produz um desvio para o vermelho de Doppler semelhante, o que significa que z é independente do comprimento de onda. Estes mecanismos estão descritos com Galileu, Lorentz ou transformações relativistas gerais entre um quadro de referência e outro.

Resumo Redshift
Tipo de Redshift Lei de transformação do quadro Exemplo de uma métrica Definição
Redshift Doppler Transformação de Galileu Métrica Euclidiana z = \ frac {v} {c}
Doppler relativista Transformação de Lorentz Métrica Minkowski z = \ left (1 + \ frac {v} {c} \ right) \ gamma - 1
Redshift cosmológico Tr relativística geral. Métrica FRW z = \ frac {a _ {\ mathrm {agora}}} {a _ {\ mathrm {depois}}} - 1
Redshift gravitacional Tr relativística geral. Métrica de Schwarzschild z = \ frac {1} {\ sqrt {1- \ left (\ frac {2GM} {rc ^ 2} \ right)}} - 1

Efeito Doppler

Se uma fonte da luz é afastando-se a partir de um observador, em seguida, desvio para o vermelho (z> 0) ocorre; Se a fonte se move em direcção ao observador, então azul shift (z <0) ocorre. Isto é verdade para todas as ondas eletromagnéticas e é explicada pela Efeito Doppler. Por conseguinte, este tipo de desvio para o vermelho é chamado o desvio para o vermelho de Doppler. Se a fonte se afasta do observador, com a velocidade v, depois, ignorando efeitos relativistas, o desvio para o vermelho é dada pela

z \ approx \ frac {v} {c} (Desde \ Gamma \ approx 1 , veja abaixo )

em que c é a velocidade da luz . No efeito Doppler clássico, a frequência da fonte não é modificado, mas o movimento de recessão provoca a ilusão de uma freqüência mais baixa.

Efeito Doppler relativista

Um tratamento mais completo do redshift Doppler requer considerando os efeitos relativísticos associados com o movimento de fontes próximas da velocidade da luz. Uma derivação completa do efeito pode ser encontrada no artigo sobre o efeito Doppler relativista. Em resumo, os objectos em movimento perto da velocidade da luz irá experimentar desvios da fórmula acima, devido ao dilatação do tempo de relatividade especial , que pode ser corrigido para com a introdução do Factor de Lorentz γ na fórmula clássica de Doppler da seguinte forma:

1 + z = \ left (1 + \ frac {v} {c} \ right) \ gamma

Este fenômeno foi observado pela primeira vez em um experimento de 1938 realizado por Herbert E. Ives e GR Stilwell, chamado de Experimento Ives-Stilwell.

Uma vez que o factor de Lorentz é apenas dependente da magnitude da velocidade, isto faz com que o desvio para o vermelho associada com a correcção relativista para ser independente da orientação da fonte de movimento. Em contraste, a parte da fórmula clássica é dependente da projecção do movimento da fonte para o linha de visão que produz resultados diferentes para diferentes orientações. Consequentemente, para um objeto em movimento em um ângulo θ para o observador (ângulo zero é diretamente longe do observador), o formulário completo para o efeito Doppler relativista torna-se:

1+ z = \ frac {1 + v \ cos (\ theta) / c} {\ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2}}

e para o movimento apenas na linha de visão (θ = 0 °), esta equação reduz-se a:

1 + z = \ sqrt {\ frac {1 + \ frac {v} {c}} {1 - \ frac {v} {c}}}

Para o caso especial que a fonte está se movendo em ângulos rectos (θ = 90 °) para o detector, o desvio para o vermelho relativista é conhecido como o redshift transversal, e um desvio para o vermelho:

1 + z = \ frac {1} {\ sqrt {1-v ^ 2 / c ^ 2}}

é medida, mesmo que o objeto não está se afastando do observador. Mesmo se a fonte está a avançar para o observador, se houver uma transversal componente para o movimento, em seguida, existe uma certa velocidade a que a dilatação apenas cancela o azul deslocamento esperado e a uma velocidade maior do que se aproxima fonte será redshifted.

Expansão do espaço

No início do século XX, Slipher, Hubble e outros fez as primeiras medições dos desvios para o vermelho e azul turnos de galáxias além da Via Láctea . Eles inicialmente interpretaram esses desvios para o vermelho e azul como mudanças devido unicamente ao efeito Doppler, mas mais tarde Hubble descobriu uma correlação aproximada entre os redshifts crescentes eo aumento da distância das galáxias. Os teóricos quase imediatamente percebeu que estas observações podem ser explicadas por um mecanismo diferente para a produção de desvios para o vermelho. A lei de Hubble da correlação entre distâncias e redshifts é exigido por modelos de cosmologia derivados de relatividade geral que têm um a métrica de expansão do espaço. Como resultado, fótons propagando-se através do espaço de expansão são esticadas, criando o desvio para o vermelho cosmológico . Este difere dos redshifts efeito Doppler descritas acima, porque o impulso de velocidade (ou seja, o Transformação de Lorentz) entre a fonte e observador não é devido a clássica impulso e a energia de transferência, mas em vez disso os fotões aumentar em comprimento de onda e de desvio para o vermelho como o espaço através do qual se dirigem expande. Este efeito é prescrito por o modelo cosmológico atual como uma manifestação observável do cósmico dependente do tempo fator de escala ( um ) Da seguinte forma:

1 + z = \ frac {a _ {\ mathrm {agora}}} {a _ {\ mathrm {depois}}}.

Este tipo de desvio para o vermelho é chamado o redshift cosmológico ou redshift Hubble. Se o universo estavam contraindo em vez de ampliar, queremos ver galáxias distantes azul deslocado de um montante proporcional à sua distância em vez de desvio para o vermelho.

Estas galáxias não são simplesmente recuando por meio de uma velocidade física na direcção que se afasta do observador; em vez disso, o espaço intermédio é o alongamento, o que explica a isotropia em grande escala de o efeito exigida pela princípio cosmológico. Para redshifts cosmológicas de z <0.1 os efeitos da expansão espaço-tempo são redshifts mínimos e observados dominadas pelos movimentos peculiares das galáxias relação a um outro que causar redshifts Doppler adicionais e mudanças azuis. A diferença entre a velocidade de expansão do espaço físico e pode ser ilustrada pela Expandindo Folha de borracha universo, uma analogia cosmológica comum usado para descrever a expansão do espaço. Se dois objetos são representados por rolamentos de esferas e espaço-tempo por uma folha de borracha alongamento, o efeito Doppler é causada por rolando as bolas em toda a folha para criar um movimento peculiar. O desvio para o vermelho cosmológico ocorre quando os rolamentos de esferas estão presos à folha e a folha é esticada. (Obviamente, existem problemas dimensionais com o modelo, como os rolamentos de esferas deve ser na folha, e desvio para o vermelho cosmológico produz velocidades mais elevadas do que faz Doppler, se a distância entre dois objectos é suficientemente grande).

Apesar de a distinção entre redshifts causadas pela velocidade de objectos e os desvios para o vermelho associados com o universo de expansão, astrônomos às vezes se referem a "velocidade de recessão" no contexto da redshifting de galáxias distantes da expansão do universo, embora seja uma única recessão aparente. Como conseqüência, a literatura popular, muitas vezes usa a expressão "redshift Doppler" em vez de "redshift cosmológico" para descrever o movimento das galáxias dominadas pela expansão do espaço-tempo, apesar do fato de que a "velocidade recessional cosmológica" quando calculado não será igual à velocidade na equação Doppler relativista. Em particular, redshift Doppler está vinculada a relatividade especial ; Assim, o v> c é impossível enquanto, em contraste, v> c é possível pelo desvio para o vermelho cosmológico porque o espaço que separa os objectos (por exemplo, um Quasar da Terra) pode expandir-se mais rapidamente do que a velocidade da luz. Mais matematicamente, o ponto de vista de que "galáxias distantes estão se afastando" eo ponto de vista de que "o espaço entre galáxias está se expandindo" estão relacionados mudando sistemas de coordenadas. Expressando essa precisamente exige trabalhar com a matemática do Friedmann-Robertson-Walker métrica.

Redshift gravitacional

Uma representação gráfica da redshift gravitacional devido a uma estrela de nêutrons

Na teoria da relatividade geral , há dilatação do tempo dentro de um poço gravitacional. Isto é conhecido como o redshift gravitacional ou Einstein Shift. A derivação teórica deste efeito resulta do Solução de Schwarzschild do Equações de Einstein que produz a seguinte fórmula para redshift associada a um fóton viajando no campo gravitacional de um sem carga , não rotativo, massa esfericamente simétrica:

1 + z = \ frac {1} {\ sqrt {1- \ left (\ frac {2GM} {rc ^ 2} \ right)}} ,

onde

  • G \, é o constante gravitacional,
  • M \, é a massa do objecto criar o campo gravitacional,
  • r \, é a coordenada radial do observador (que é análogo à distância clássica do centro do objecto, mas é, na verdade, uma Schwarzschild de coordenadas), e
  • c \, é a velocidade da luz .

Este resultado redshift gravitacional pode ser derivada a partir dos pressupostos da relatividade especial ea equivalência princípio; a teoria completa da relatividade geral não é necessária.

O efeito é muito pequena, mas mensurável na Terra usando o Mõssbauer efeito e foi observada pela primeira vez no Experimento Pound-Rebka. No entanto, é importante perto de um buraco negro , e como um objeto se aproxima da horizonte de eventos do desvio para o vermelho se torna infinita. É também a causa dominante de grandes variações de temperatura angular escala na radiação cósmica de fundo (ver Efeito Sachs-Wolfe).

Observações em astronomia

O redshift observado em astronomia pode ser medido porque o emissão e espectros de absorção para átomos são distintos e bem conhecida, calibrada a partir de experimentos de espectroscopia em laboratórios na Terra. Quando o redshift de várias linhas de absorção e de emissão de um único objeto astronômico é medido, z é encontrado para ser notavelmente constante. Embora objectos distantes podem ser ligeiramente turva e linhas ampliado, é de não mais do que pode ser explicado pela térmica ou movimento mecânico da fonte. Por estas e outras razões, o consenso entre os astrônomos é que os desvios para o vermelho que observamos são devido a alguma combinação das três formas estabelecidas de redshifts Doppler-like. Hipóteses alternativos não são geralmente considerados plausível.

Espectroscopia, como uma medição, é consideravelmente mais difícil do que simples fotometria, que mede a brilho dos objetos astronômicos através certa filtros. Quando os dados fotométrica é tudo o que está disponível (por exemplo, o Hubble Deep Field eo Hubble Ultra Deep Field), os astrônomos contam com uma técnica para medir redshifts fotométricos. Devido ao filtro ser sensível a uma gama de comprimentos de onda e da técnica baseando-se fazer muitas hipóteses sobre a natureza do espectro a fonte de luz, erros para esses tipos de medições podem variar até δ z = 0.5, e são muito menos confiáveis do que as determinações espectroscópicas. No entanto, fotometria não permite, pelo menos, para uma caracterização qualitativa de um desvio para o vermelho. Por exemplo, se um espectro parecida com o Sol teve um redshift de z = 1, seria mais brilhante no de infravermelhos ao invés de na cor amarelo-verde associada com o pico da sua espectro de corpo negro, e a intensidade da luz irá ser reduzida no filtro por um factor de dois (1 + z) (ver Correção K para obter mais detalhes sobre as conseqüências fotométrico de redshift).

Observações locais

Uma imagem da coroa solar tomadas com o LASCO C1 coronagraph. A imagem é uma imagem codificada por cores do efeito Doppler da linha A FeXIV 5308, causada pela velocidade plasma coronal em direção ou para longe do satélite.

Em objetos próximos (dentro de nossa Via Láctea galáxia) observaram redshifts são quase sempre relacionados com a A linha de velocidades de visão associados com os objectos a serem observados. Observações de tais desvios para o vermelho e azul turnos permitiram aos astrônomos medir velocidades e parametrizar as massas do orbitando estrelas em binários espectroscópicos , um método utilizado pela primeira vez em 1868 pelo astrônomo britânico William Huggins. Da mesma forma, pequenos desvios para o vermelho e azul turnos detectados nas medições espectroscópicas de estrelas individuais são uma maneira astrônomos foram capazes de diagnosticar e medir a presença e as características dos sistemas planetários em torno de outras estrelas. As medições de desvios para o vermelho para detalhes finos são utilizados em heliosismologia para determinar os movimentos precisos do fotosfera do Sol . Redshifts também têm sido utilizadas para fazer as primeiras medições da taxas de rotação de planetas , velocidades de nuvens interestelares, a rotação de galáxias, eo dinâmica de acreção estrelas de nêutrons e buracos negros que exibem tanto Doppler e desvios para o vermelho gravitacional. Além disso, as temperaturas de vários objectos e emissor de absorção pode ser obtido medindo Ampliação Doppler - efetivamente Redshifts e turnos azuis sobre uma única linha de emissão ou absorção. Ao medir o alargamento e turnos de 21 centímetros linha de hidrogênio em direções diferentes, os astrônomos foram capazes de medir a velocidades de recessão de gás interestelar, que por sua vez revela a curva de rotação da nossa Via Láctea. Medições similares foram realizados em outras galáxias, como Andrômeda . Como uma ferramenta de diagnóstico, as medições são desvio para o vermelho um dos mais importantes medições espectroscópicas feitas em astronomia.

Observações extragalácticas

Os objetos mais distantes apresentam redshifts maiores correspondentes ao fluxo Hubble do universo. O maior redshift observado, correspondente à maior distância e mais distante no tempo, é o da radiação cósmica de fundo ; o valor numérico de seu desvio para o vermelho é de cerca de z = 1.089 (z = 0 corresponde ao tempo presente), e mostra o estado do Universo cerca de 13,7 bilhões de anos atrás, e 379 mil anos depois dos momentos iniciais do Big Bang .

Os núcleos de ponto luminoso de como quasares foram os primeiros "high-redshift" ( z> 0,1 ) Os objectos descobertos antes a melhoria dos telescópios permitiram a descoberta de outras galáxias de alta redshift.

Para as galáxias mais distantes do que o Grupo local e nas proximidades Aglomerado de Virgem, mas dentro de um mil megaparsecs ou assim, o desvio para o vermelho é aproximadamente proporcional à distância da galáxia. Essa correlação foi observada pela primeira vez por Edwin Hubble e tem vindo a ser conhecido como a lei de Hubble . Vesto Slipher foi o primeiro a descobrir redshifts galácticos, por volta do ano 1912, enquanto Hubble correlacionada medições de distâncias Slipher com ele medido por outros meios para formular sua Lei. No modelo cosmológico amplamente aceito com base na relatividade geral , redshift é resultado, principalmente, da expansão do espaço: isto significa que quanto mais longe uma galáxia está de nós, mais o espaço se expandiu no tempo desde que a luz que deixou galáxia, portanto, quanto mais a luz foi esticada, mais desvio para o vermelho é a luz, e por isso o mais rápido ele parece estar se afastando de nós. A lei de Hubble segue em parte do Princípio de Copérnico. Porque geralmente não se sabe como objetos luminosos são, medir o desvio para o vermelho é mais fácil do que mais medidas de distância direta, de modo redshift é, por vezes, na prática, convertido em uma medida de distância bruto usando a lei de Hubble.

Interações gravitacionais de galáxias uns com os outros e clusters causar uma significativa dispersão na trama normal do diagrama de Hubble. O velocidades peculiares associados a galáxias sobrepor um traço aproximada da massa de virialized objetos no universo. Este efeito leva a fenômenos como galáxias próximas (como a Galáxia de Andrômeda ) exibindo turnos azuis como nós caímos para um comum baricentro , e mapas redshift dos aglomerados mostrando um Dedo de Deus efeito devido à dispersão de velocidades peculiares em uma distribuição aproximadamente esférica. Este componente adicionado dá cosmólogos a chance de medir as massas dos objetos independentes do massa à relação de luz (a razão da massa de uma galáxia em massas solares para o seu brilho em luminosidades solares), uma ferramenta importante para medir a matéria escura .

Relação linear da lei de Hubble entre distância e redshift supõe que a taxa de expansão do universo é constante. No entanto, quando o universo era muito mais jovem, a taxa de expansão, e assim o Hubble "constante", foi maior do que é hoje. Para as galáxias mais distantes, em seguida, cuja luz tem viajado para nós por vezes muito mais longos, a aproximação da taxa de expansão constante falhar, ea lei de Hubble torna-se uma relação integral não-linear e dependente da história da taxa de expansão desde a emissão da luz da galáxia em questão. Observações do relacionamento redshift distância pode ser usado, então, para determinar a história da expansão do universo e, portanto, o teor de matéria e energia.

Embora tenha sido acreditado por muito tempo que a taxa de expansão tem sido continuamente a diminuir desde o Big Bang, observações recentes da relação redshift distância usando Supernovas Tipo Ia têm sugerido que em tempos relativamente recentes da taxa de expansão do universo tem começou a acelerar.

Mais altos redshifts

Atualmente, o redshift quasar mais alto medido é Z = 6,4 , Com o mais alto redshift espectroscópica confirmado de uma galáxia sendo IOK-1, em um redshift z = 6,96, eo desvio para o vermelho da galáxia maior lensed sendo Z = 7,0 enquanto os relatórios como-ainda não confirmados de um lente gravitacional observada em um distante aglomerado de galáxias pode indicar uma galáxia com um desvio para o vermelho de z = 10 .

O desvio para o vermelho radiogaláxia mais elevado conhecido (TN J0924-2201) está em um desvio para o vermelho z = 5,2 e o material de peso molecular mais elevado desvio para o vermelho conhecido é a detecção de emissão de CO a partir da molécula a partir da Quasar SDSS J1148 + 5251 em z = 6,42

Pesquisas Redshift

Renderização dos dados 2dFGRS

Com o advento da automatizados telescópios e melhorias em spectroscopes, uma série de colaborações foram feitos para mapear o universo no espaço redshift. Ao combinar redshift com dados de posição angular, uma pesquisa redshift mapeia a distribuição 3D da matéria dentro de um campo do céu. Estas observações são utilizados para medir as propriedades da estrutura em larga escala do universo. O Great Wall, uma vasta superaglomerado de galáxias mais de 500 milhões anos-luz de largura, oferece um exemplo dramático de uma estrutura de grande escala que redshift pesquisas podem detectar.

O primeiro inquérito foi o redshift CfA Redshift Survey, começou em 1977 com a coleta de dados inicial concluída em 1982. Mais recentemente, a 2dF Galaxy Redshift Inquérito determinaram a estrutura em larga escala de uma secção do Universo, medindo -Valores z para mais de 220.000 galáxias; coleta de dados foi concluída em 2002, ea final conjunto de dados foi lançado 30 de junho 2003 . (Além de padrões de mapeamento em grande escala das galáxias, 2dF estabelecido um limite máximo para massa do neutrino.) Outra investigação notável, o Sloan Digital Sky Survey (SDSS), está em curso a partir de 2005 e tem como objectivo obter medições em cerca de 100 milhões de objectos. SDSS gravou redshifts de galáxias tão elevadas como 0,4, e foi envolvido na detecção de quasares além z = 6. O DEEP2 Redshift Inquérito usa o Keck telescópios com os novos "DEIMOS" espectrógrafo; um follow-up para o DEEP1 programa piloto, DEEP2 é projetado para medir galáxias tênues com redshifts 0.7 e acima, e por isso é planejado para fornecer um complemento para SDSS e 2dF.

Efeitos devido a óptica física ou transferência radiativa

As interações e fenômenos resumidos nas disciplinas de transferência radiativa e óptica física pode resultar em mudanças no comprimento de onda e freqüência de radiação eletromagnética. Nesses casos, as mudanças correspondem a uma transferência de energia física para a matéria ou outros fótons em vez de ser devido a uma transformação entre referenciais. Essas mudanças podem ser devido a tais fenômenos físicos como efeitos de coerência ou a dispersão de radiação electromagnética se a partir carregada partículas elementares, a partir de partículas, ou de flutuações do índice de refracção num meio dieléctrico como ocorre no fenómeno de rádio whistlers rádio. Embora tais fenômenos são muitas vezes referidos como "redshift" e "mudanças azuis", as interações físicas do campo de radiação eletromagnética com a matéria em si ou intervir distingue estes fenômenos dos efeitos de referência de quadro. Em astrofísica, interações luz-matéria que resultam em mudanças de energia no campo de radiação são geralmente referidos como "vermelhidão" em vez de "redshifting", que, como um termo, é normalmente reservado para os efeitos discutidos acima .

Em muitas circunstâncias espalhamento de radiação provoca a avermelhar porque entropia resulta na predominância de muitos de baixa energia fótons mais de alguns poucos de alta energia (enquanto conservação de energia total). Excepto possivelmente sob condições cuidadosamente controladas, dispersão não produz a mesma alteração relativa no comprimento de onda através de todo o espectro; ou seja, qualquer z calculado é geralmente uma função do comprimento de onda. Além disso, o espalhamento aleatória meios geralmente ocorre em muitos ângulos , e z é uma função do ângulo de dispersão. Se ocorre a dispersão múltipla, ou as partículas de dispersão têm movimento relativo, em seguida, geralmente há distorção de linhas espectrais bem.

Em astronomia interestelar, Os espectros visíveis pode aparecer avermelhada devido à dispersão processos em um fenômeno referido como avermelhamento interestelar - semelhante Faz com que a dispersão de Rayleigh atmosférica vermelhidão da Sun visto na nascer do sol ou sol e faz com que o resto do céu para ter uma cor azul. Este fenómeno é distinto de ING desvio para o vermelho, porque as linhas espectroscópicos não são deslocados para outros comprimentos de onda em objectos avermelhados e existe um adicional escurecimento e distorção associada ao fenômeno devido a fótons sendo espalhadas dentro e fora do linha de visão.

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