Imagem: o espectro da luz visível, que vai do infravermelho ao ultravioleta, corresponde a comprimentos de onda de 400 nanômetros no violeta a 780 nanômetros no vermelho.
Esta imagem mostra a mudança nos comprimentos de onda de uma estrela que se move a cerca de 1% da velocidade da luz.
- Topo: o espectro da estrela, se ela estivesse imóvel.
- No meio: o espectro da estrela, deslocado cerca de 5 nm em direção ao vermelho, se ela se afastasse de nós.
- Em baixo: o espectro da estrela, deslocado cerca de 5 nm em direção ao azul, aproximava-se de nós.
As linhas pretas representam a absorção de comprimentos de onda específicos dos elementos presentes na atmosfera estelar.
Na astronomia, o redshift é um aumento no comprimento de onda da luz emitida por um objeto celeste distante. Isto resulta num desvio para o vermelho das linhas espectrais de luz, que é visível num espectrograma.
O redshift é indicado pela letra "z". É calculado comparando os comprimentos de onda observados das linhas espectrais emitidas por objetos astronômicos com os comprimentos de onda esperados em um laboratório na Terra.
Se o objeto se afastar de nós, as linhas espectrais serão deslocadas para o vermelho, daí o termo "desvio para o vermelho".
Se o objeto se aproximar, o deslocamento será para o azul, e então falamos de “blueshift”.
Em outras palavras, quanto mais longe o objeto estiver, maior será seu desvio para o vermelho (z).
Este fenômeno é explicado pelo efeito Doppler.
O efeito Doppler é uma modificação da frequência de uma onda e portanto do seu comprimento de onda, quando existe um movimento relativo entre a fonte da onda e o observador.
Redshift é uma ferramenta essencial para estudar o universo distante. Permite determinar a distância dos objetos cósmicos, estudar a sua evolução ao longo do tempo e compreender a estrutura do universo.
Imagem: Curva redshift.
Exemplo: se z = 6, a idade do objeto observado corresponde ao momento em que a luz foi emitida, ou seja, aproximadamente 13 bilhões de anos.
O desvio para o vermelho cosmológico é um fenômeno observado em espectros de luz provenientes de objetos distantes no universo.
O desvio para o vermelho é causado principalmente pela expansão do universo, que amplia os comprimentos de onda dos fótons à medida que viajam pelo espaço. Isto resulta num deslocamento das linhas espectrais para comprimentos de onda mais longos e, portanto, para o vermelho no espectro eletromagnético.
Quando um objeto emite luz, seu espectro de emissão mostra linhas espectrais características. Os picos e vales do espectro são devidos às linhas de absorção e emissão dos elementos encontrados no objeto observado. Essas linhas estão associadas a transições de energia específicas nos átomos ou moléculas do objeto.
Por exemplo, ao medir a linha Lyman Alpha de hidrogênio em laboratório, vemos uma transição de aproximadamente 121,6 nanômetros na região ultravioleta do espectro eletromagnético. A linha Lyman Alpha tem esse nome porque representa a transição para o nível mais baixo de Lyman (n = 1), passando do nível 2 para o nível 1 de energia. O nível de Lyman refere-se a um conjunto específico de níveis de energia eletrônica em um átomo de hidrogênio. Esses níveis de energia estão associados às diferentes órbitas permitidas para os elétrons em um átomo de hidrogênio e são definidos pelo quantum principal n.
Se observarmos um objeto cuja transição está em 480 nm, isso significa que o objeto observado está a aproximadamente 12 bilhões de anos de distância de nós.
O desvio para o vermelho atua como um fator multiplicativo. O fator neste exemplo é 4. Encontraremos este fator em todas as outras características do espectro (carbono, silício, etc.). Portanto, todos os comprimentos de onda são multiplicados por esse fator que chamamos de redshit e que chamamos de z.
O redshit é igual ao fator multiplicativo -1: z - 1 = 3
Se não houver deslocamento z = 0.
Quanto maior for z, mais distante e, portanto, mais velho será o objeto que observamos. Podemos assim relacionar z com a idade do objeto no momento em que a luz foi emitida.
- z = 0 corresponde a uma idade de 13,8 mil milhões de anos.
- z = 1 corresponde a uma idade de 5,8 mil milhões de anos.
- z = 3 corresponde a uma idade de 2 bilhões de anos.
- z = 6 corresponde a uma idade de 800 milhões de anos.
- z = 11 corresponde a uma idade de 400 milhões de anos.
- z = 20 corresponde a uma idade de 200 milhões de anos.
- z = 30 corresponde a uma idade de 100 milhões de anos.
Ao comparar o espectro observado com o espectro esperado de um objeto próximo com o mesmo espectro de emissão, pode-se determinar o desvio para o vermelho. As linhas espectrais deslocadas para o vermelho indicam o grau de mudança.
Calculando o desvio para o vermelho (z) para um objeto distante viajando à metade da velocidade da luz:
z + 1 = c + v / c - v
z + 1 = 300.000.000 + 150.000.000 / 300.000.000 - 150.000.000
z = 3
Cálculo da velocidade de um objeto distante cujo redshift é 4:
v = c * ((1 + z)2 -1) / ((1 + z)2 + 1)
v = 276.923.077 m/s ou 92% da velocidade da luz.
O Redshift é essencial para estimar distâncias cosmológicas, para compreender a expansão do universo e para explorar a natureza da energia escura, uma forma misteriosa de energia que parece acelerar esta expansão.
Permite-nos reconstruir a história do universo. Na verdade, medir o desvio para o vermelho de galáxias distantes torna possível determinar a sua idade e a sua distância relativa. Isto permite reconstruir a história da expansão do universo e compreender como as galáxias se formaram e como evoluíram.
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