طيف الضوء المرئي.
(الصورة: © NASA.)
يصف الانزياح الأحمر والازرق كيف يتحول الضوء نحو أطوال موجية أقصر أو أطول مع اقتراب الأجسام الموجودة في الفضاء (مثل النجوم أو المجرات) أو أبعد منا. هذا المفهوم هو مفتاح رسم توسع الكون.
الضوء المرئي هو مجموعة من الألوان ، واضحة لأي شخص نظر إلى قوس قزح. عندما يتحرك جسم بعيدًا عنا ، ينتقل الضوء إلى الطرف الأحمر من الطيف ، حيث تصبح أطوال موجاته أطول. إذا اقترب الجسم من شيء ، يتحرك الضوء إلى الطرف الأزرق من الطيف ، حيث تصبح أطوال موجاته أقصر.
للتفكير في هذا الأمر بشكل أكثر وضوحًا ، تقترح وكالة الفضاء الأوروبية ، تخيل نفسك تستمع إلى صفارات الإنذار أثناء اندفاع السيارة على الطريق.
"سمع الجميع زيادة حدة صفارات الإنذار التي تقترب من الشرطة والانخفاض الحاد في درجة الإنذار عند مرور صفارات الإنذار وتراجعها. وينشأ التأثير لأن الموجات الصوتية تصل إلى أذن المستمع بالقرب من بعضها مع اقتراب المصدر ، وبعيدًا عن بعضها عندما تراجع ، "كتب وكالة الفضاء الأوروبية.
الصوت والضوء
تم وصف هذا التأثير الصوتي لأول مرة من قبل كريستيان أندرياس دوبلر في القرن التاسع عشر ويسمى تأثير دوبلر. نظرًا لأن الضوء ينبع أيضًا في الأطوال الموجية ، فإن هذا يعني أن الأطوال الموجية يمكن أن تمتد أو تنهار معًا اعتمادًا على الوضع النسبي للأجسام. ومع ذلك ، لا نلاحظ ذلك على نطاق الحياة اليومية لأن الضوء ينتقل بسرعة أكبر بكثير من سرعة الصوت - أسرع مليون مرة ، حسبما أشارت وكالة الفضاء الأوروبية.
كان الفلكي الأمريكي إدوين هابل (الذي سمي تلسكوب هابل الفضائي بعده) أول من وصف ظاهرة الانزياح الأحمر وربطها بكون متسع. وقالت ناسا إن ملاحظاته ، التي كشفت عنها عام 1929 ، أظهرت أن جميع المجرات التي لاحظها تقريبًا تتحرك بعيدًا.
وكتبت وكالة ناسا "لوحظت هذه الظاهرة على أنها انزياح أحمر في طيف المجرة". "يبدو أن هذا الانزياح الأحمر أكبر بالنسبة للمجرات الباهتة ، التي يفترض أنها أبعد من ذلك. وبالتالي ، كلما كانت المجرة أبعد ، كلما تراجعت أسرع من الأرض.
تتحرك المجرات بعيدًا عن الأرض لأن نسيج الفضاء نفسه يتوسع. في حين أن المجرات نفسها تتحرك - مجرة أندروميدا ودرب التبانة ، على سبيل المثال ، في مسار تصادم - هناك ظاهرة عامة تحدث الانزياح الأحمر مع تكبر الكون.
تنطبق مصطلحات الانزياح الأحمر والتغير الأزرق على أي جزء من الطيف الكهرومغناطيسي ، بما في ذلك الموجات الراديوية والأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة غاما. لذا ، إذا تم تحويل الموجات الراديوية إلى الجزء فوق البنفسجي من الطيف ، يُقال أنها تتحول إلى 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 المسافات. عندما يتحرك جسم في الفضاء باتجاهنا أو بعيدًا عنا ، يمكن العثور على الخطوط بأطوال موجية مختلفة عما كانت عليه في حالة عدم تحرك الجسم (بالنسبة لنا). [مواضيع ذات صلة: اصنع مطيافك الخاص]
يتم تعريف Redshift على أنه التغيير في الطول الموجي للضوء مقسومًا على الطول الموجي الذي سيحصل عليه الضوء إذا لم يتحرك المصدر - يسمى الطول الموجي المتبقي:
ثلاثة أنواع من الانزياح الأحمر
تحدث ثلاثة أنواع على الأقل من الانزياح الأحمر في الكون - من توسع الكون ، من 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 الأكثر دقة من بين الثلاثة ، ولكن في عام 2011 تمكن العلماء من التعرف عليه على مقياس بحجم الكون. أجرى علماء الفلك تحليلاً إحصائيًا لفهرس 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 طبيعة.
قال عالم الفيزياء الفلكية بجامعة كوبنهاغن راديك فويتاك في ذلك الوقت: "لدينا قياسات مستقلة للكتل العنقودية ، حتى نتمكن من حساب ما هو توقع الانزياح الأحمر الثقالي بناءً على النسبية العامة". "إنه يتفق تماما مع قياسات هذا التأثير."
جاء أول اكتشاف للانزياح الأحمر الثقالي في عام 1959 ، بعد أن اكتشف العلماء حدوثه في ضوء أشعة غاما المنبعث من مختبر أرضي. قبل عام 2011 ، تم العثور عليه أيضًا في الشمس والأقزام البيضاء القريبة ، أو النجوم الميتة التي تبقى بعد توقف النجوم بحجم الشمس عن الاندماج النووي في وقت متأخر من حياتهم.
الاستخدامات البارزة للانزياح الأحمر
يساعد Redshift علماء الفلك على مقارنة مسافات الأجسام البعيدة. في عام 2011 ، أعلن العلماء أنهم رأوا أبعد شيء تم رؤيته على الإطلاق - انفجار أشعة غاما يسمى GRB 090429B ، المنبثق من نجم متفجر. في ذلك الوقت ، قدر العلماء أن الانفجار وقع قبل 13.14 مليار سنة. وبالمقارنة ، حدث الانفجار الكبير قبل 13.8 مليار سنة.
أبعد مجرة معروفة هي GN-z11. في عام 2016 ، حدد تلسكوب هابل الفضائي وجوده بعد بضع مئات من ملايين السنين فقط بعد الانفجار العظيم. قام العلماء بقياس الانزياح الأحمر لـ GN-z11 لمعرفة مدى تأثر ضوءه بتوسع الكون. كان الانزياح الأحمر لـ GN-z11 11.1 ، وهو أعلى بكثير من الانزياح الأحمر التالي لأعلى 8.68 مقاسة من المجرة EGSY8p7.
يمكن للعلماء استخدام الانزياح الأحمر لقياس كيفية بناء الكون على نطاق واسع. أحد الأمثلة على ذلك هو سور الصين العظيم هرقل-كورونا بورياليس. يستغرق الضوء حوالي 10 مليار سنة لتمرير البنية. مسح Sloan Digital Sky Survey هو مشروع انزياح أحمر مستمر يحاول قياس الانزياحات الحمراء لعدة ملايين من الكائنات. كان أول مسح للانزياح الأحمر هو CfA RedShift Survey ، الذي أكمل أول جمع للبيانات في عام 1982.
يتعلق أحد مجالات البحث الناشئة بكيفية استخراج معلومات الانزياح الأحمر من موجات الجاذبية ، وهي اضطرابات في الزمكان تحدث عندما يتم تسريع أو اضطراب جسم ضخم. (اقترح آينشتاين أولاً وجود موجات الجاذبية في عام 1916 ، واكتشفها مرصد موجات التداخل بالليزر (LIGO) لأول مرة مباشرة في عام 2016). نظرًا لأن موجات الجاذبية تحمل إشارة تظهر كتلتها الحمراء ، فإن استخراج الانزياح الأحمر من ذلك يتطلب بعض الحسابات والتقدير ، وفقًا لمقال عام 2014 في مجلة المراجعة الفيزيائية X.
ملحوظة المحرر: تم تحديث هذه المقالة في 7 أغسطس 2019 لتعكس التصحيح. تتحول الموجات الراديوية التي تنتقل إلى الجزء فوق البنفسجي من الطيف إلى اللون الأزرق ، وليست حمراء.
