ما المقصود بالانزياح الأحمر والانزياح الأزرق؟

طيف الضوء المرئي ، الانزياح الأحمر ، التحول الأزرق ، التحول الأحمر ، التحول الأزرق

طيف الضوء المرئي. (رصيد الصورة: وكالة ناسا).



يصف الانزياح الأحمر والانزياح الأزرق كيف يتحول الضوء نحو أطوال موجية أقصر أو أطول عندما تتحرك الأجسام في الفضاء (مثل النجوم أو المجرات) أقرب أو بعيدًا عنا. المفهوم هو مفتاح رسم توسع الكون.



الضوء المرئي هو طيف من الألوان ، يكون واضحًا لأي شخص ينظر إلى قوس قزح. عندما يتحرك جسم بعيدًا عنا ، ينتقل الضوء إلى الطرف الأحمر من الطيف ، حيث تزداد أطوال موجاته. إذا اقترب جسم ما ، ينتقل الضوء إلى الطرف الأزرق من الطيف ، حيث تصبح أطوال موجته أقصر.

للتفكير في هذا الأمر بشكل أكثر وضوحًا ، تقترح وكالة الفضاء الأوروبية ، تخيل نفسك تستمع إلى صفارة الشرطة بينما تندفع السيارة بجانبك على الطريق.



لقد سمع الجميع النبرة المتزايدة لصفارة الإنذار التي تقترب من الشرطة والانخفاض الحاد في درجة الصوت مع مرور صفارات الإنذار وتراجعها. ينشأ التأثير لأن الموجات الصوتية تصل إلى أذن المستمع بالقرب من بعضها البعض مع اقتراب المصدر ، وبعيدًا عن بعضها البعض عندما يتراجع ، ' كتب ESA .

الصوت والضوء

تم وصف هذا التأثير الصوتي لأول مرة من قبل كريستيان أندرياس دوبلر في القرن التاسع عشر ويسمى تأثير دوبلر. نظرًا لأن الضوء ينبعث أيضًا بأطوال موجية ، فإن هذا يعني أن الأطوال الموجية يمكن أن تتمدد أو تنكمش معًا اعتمادًا على الموضع النسبي للأجسام. ومع ذلك ، فإننا لا نلاحظ ذلك على نطاق الحياة اليومية لأن الضوء ينتقل أسرع بكثير من سرعة الصوت - أسرع بمليون مرة ، كما أشارت وكالة الفضاء الأوروبية.

عالم الفلك الأمريكي إدوين هابل (الذي سمي تلسكوب هابل الفضائي باسمه) كان أول من وصف ظاهرة الانزياح الأحمر وربطها بكون متوسع. أظهرت ملاحظاته ، التي تم الكشف عنها في عام 1929 ، أن جميع المجرات التي لاحظها تقريبًا تبتعد ، ناسا قالت .



كتبت ناسا: 'لوحظت هذه الظاهرة على أنها انزياح أحمر في طيف المجرة'. يبدو أن هذا الانزياح نحو الأحمر يكون أكبر بالنسبة للمجرات الخافتة ، وربما أبعد من ذلك. ومن ثم ، كلما كانت المجرة أبعد ، زادت سرعة انحسارها عن الأرض.

المجرات تبتعد عن الأرض لأن نسيج الفضاء نفسه آخذ في التوسع. بينما المجرات نفسها في حالة حركة - فإن مجرة المرأة المسلسلة ودرب التبانة ، على سبيل المثال ، في مسار تصادمي - هناك ظاهرة عامة للانزياح نحو الأحمر تحدث عندما يكبر الكون.

تنطبق الشروط redshift و blueshift على أي جزء من المجال الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك موجات الراديو والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما. لذلك ، إذا تم تحويل موجات الراديو إلى الجزء فوق البنفسجي من الطيف ، فيُقال إنها تتحول إلى اللون الأزرق ، أو تتحول نحو الترددات الأعلى. تحول أشعة جاما إلى موجات الراديو يعني التحول إلى تردد أقل ، أو انزياح أحمر.



يتم قياس الانزياح الأحمر لجسم ما عن طريق فحص خطوط الامتصاص أو الانبعاث في طيفه. هذه الخطوط فريدة لكل عنصر ولها نفس التباعد دائمًا. عندما يتحرك جسم في الفضاء تجاهنا أو بعيدًا عنا ، يمكن العثور على الخطوط بأطوال موجية مختلفة عما يمكن أن تكون عليه إذا كان الجسم لا يتحرك (بالنسبة لنا). [ الموضوعات ذات الصلة: اصنع منظار الطيف الخاص بك ]

يُعرَّف الانزياح الأحمر بأنه التغير في الطول الموجي للضوء مقسومًا على الطول الموجي للضوء إذا كان المصدر لا يتحرك - يُسمى بقية الطول الموجي:

ثلاثة أنواع من الانزياح الأحمر

تحدث ثلاثة أنواع على الأقل من الانزياح نحو الأحمر في الكون - من تمدد الكون ، ومن حركة المجرات بالنسبة لبعضها البعض ومن 'الانزياح الأحمر الثقالي' ، والذي يحدث عندما يتحول الضوء بسبب الكمية الهائلة من المادة داخل المجرة.

هذا الانزياح الأحمر الأخير هو أدق الثلاثة ، ولكن في عام 2011 تمكن العلماء من تحديده على مقياس بحجم الكون. أجرى علماء الفلك تحليلًا إحصائيًا لكتالوج كبير يُعرف باسم مسح سلون الرقمي للسماء ، ووجدوا أن الانزياح الأحمر الثقالي يحدث بالفعل - بما يتماشى تمامًا مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين. تم نشر هذا العمل في ورقة نيتشر.

قال عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كوبنهاغن راديك فويتاك في ذلك الوقت: `` لدينا قياسات مستقلة للكتل العنقودية ، لذا يمكننا حساب توقع انزياح الجاذبية الأحمر استنادًا إلى النسبية العامة ''. 'إنه يتفق تمامًا مع قياسات هذا التأثير.'

جاء أول اكتشاف لانزياح الجاذبية الأحمر في عام 1959 ، بعد أن اكتشف العلماء حدوثه في ضوء أشعة جاما المنبثقة من مختبر أرضي. قبل عام 2011 ، تم العثور عليه أيضًا في الشمس وفي الأقزام البيضاء القريبة ، أو النجوم الميتة التي بقيت بعد توقف النجوم بحجم الشمس عن الاندماج النووي في وقت متأخر من حياتها.

استخدامات ملحوظة للانزياح الأحمر

يساعد الانزياح الأحمر علماء الفلك على مقارنة مسافات الأجسام البعيدة. في عام 2011 ، أعلن العلماء أنهم رأوا أبعد جسم شوهد على الإطلاق - انفجار أشعة غاما يسمى GRB 090429B ، والذي انبثق من نجم متفجر. في ذلك الوقت ، قدر العلماء أن الانفجار وقع قبل 13.14 مليار سنة. بالمقارنة ، حدث الانفجار العظيم قبل 13.8 مليار سنة.

أبعد مجرة ​​معروفة هي GN-z11. في عام 2016 ، تلسكوب هابل الفضائي قرر أنه كان موجودًا بعد بضع مئات من ملايين السنين من الانفجار العظيم . قام العلماء بقياس الانزياح الأحمر لـ GN-z11 لمعرفة مدى تأثر ضوءه بتوسع الكون. كان الانزياح الأحمر لـ GN-z11 هو 11.1 ، وهو أعلى بكثير من الانزياح الأحمر التالي الأعلى البالغ 8.68 المقاس من المجرة EGSY8p7.

يمكن للعلماء استخدام الانزياح الأحمر لقياس كيفية بناء الكون على نطاق واسع. ومن الأمثلة على ذلك سور هرقل-كورونا بورياليس العظيم. يستغرق الضوء حوالي 10 مليارات سنة حتى يمر عبر الهيكل. مسح Sloan Digital Sky عبارة عن مشروع انزياح أحمر مستمر يحاول قياس الانزياح الأحمر لعدة ملايين من الكائنات. كان أول مسح للانزياح الأحمر هو مسح CfA RedShift ، الذي أكمل جمع البيانات الأول في عام 1982.

يتعلق أحد مجالات البحث الناشئة بكيفية استخلاص معلومات الانزياح الأحمر من موجات الجاذبية ، وهي اضطرابات في الزمكان تحدث عندما يتم تسريع جسم ضخم أو اضطراب. (اقترح أينشتاين أولاً وجود موجات الجاذبية في عام 1916 ، ومرصد موجات الجاذبية بالليزر (LIGO) تم اكتشافها لأول مرة مباشرة في عام 2016 ). نظرًا لأن موجات الجاذبية تحمل إشارة توضح كتلة انزياحها نحو الأحمر ، فإن استخلاص الانزياح الأحمر من ذلك يتطلب بعض الحسابات والتقدير ، وفقًا لمقال نشر عام 2014 في مجلة مراجعة النظراء Physical Review X .

ملحوظة المحرر: تم تحديث هذه المقالة في 7 أغسطس 2019 لتعكس تصحيحًا. موجات الراديو التي تحولت إلى الجزء فوق البنفسجي من الطيف تتحول إلى اللون الأزرق ، وليس إلى الأحمر.