Saiba mais sobre o efeito Doppler

Os astrônomos usam o efeito Doppler para medir a frequência das ondas de luz à medida que um objeto se move em relação ao observador. A frequência é menor à medida que se move em direção a você, e o objeto mostra um desvio para o azul. Se o objeto estiver se afastando, ele mostra um desvio para o vermelho. Isso aparece nos espectros da luz estelar como uma mudança nas linhas pretas (chamadas linhas de absorção), como mostrado aqui). Carolyn Collins Petersen

Os astrônomos estudam a luz de objetos distantes para entendê-los. A luz se move pelo espaço a 299.000 quilômetros por segundo, e seu caminho pode ser desviado pela gravidade, bem como absorvido e espalhado por nuvens de material no universo. Os astrônomos usam muitas propriedades da luz para estudar tudo, desde planetas e suas luas até os objetos mais distantes do cosmos.

Explorando o efeito Doppler

Uma ferramenta que eles usam é o efeito Doppler. Esta é uma mudança na frequência ou comprimento de onda da radiação emitida por um objeto à medida que se move pelo espaço. É nomeado após o físico austríaco Christian Doppler, que o propôs pela primeira vez em 1842.

Como funciona o efeito Doppler? Se a fonte de radiação, digamos Estrela , está se movendo em direção a um astrônomo na Terra (por exemplo), então o comprimento de onda de sua radiação parecerá mais curto (maior frequência e, portanto, maior energia). Por outro lado, se o objeto estiver se afastando do observador, o comprimento de onda parecerá mais longo (frequência mais baixa e energia mais baixa). Você provavelmente já experimentou uma versão do efeito quando ouviu o apito de um trem ou uma sirene da polícia quando ele passou por você, mudando de tom ao passar por você e se afastando.

O efeito Doppler está por trás de tecnologias como o radar da polícia, onde a 'arma de radar' emite luz de um comprimento de onda conhecido. Então, essa 'luz' do radar reflete em um carro em movimento e viaja de volta para o instrumento. O deslocamento resultante no comprimento de onda é usado para calcular a velocidade do veículo. ( Nota: na verdade, é um deslocamento duplo, pois o carro em movimento atua primeiro como observador e experimenta um deslocamento, depois como uma fonte em movimento enviando a luz de volta ao escritório, alterando o comprimento de onda uma segunda vez. )

Redshift

Quando um objeto está se afastando (ou seja, se afastando) de um observador, os picos de radiação emitidos serão mais espaçados do que seriam se o objeto de origem estivesse estacionário. O resultado é que o comprimento de onda resultante da luz parece mais longo. Os astrônomos dizem que ele é 'deslocado para o extremo vermelho' do espectro.

O mesmo efeito se aplica a todas as bandas do espectro eletromagnético, como rádio , raio X ou raios gama . No entanto, as medições ópticas são as mais comuns e são a fonte do termo 'redshift'. Quanto mais rapidamente a fonte se afasta do observador, maior a redshift . Do ponto de vista energético, comprimentos de onda mais longos correspondem a radiação de energia mais baixa.

Turno azul

Por outro lado, quando uma fonte de radiação está se aproximando de um observador, os comprimentos de onda da luz aparecem mais próximos, reduzindo efetivamente o comprimento de onda da luz. (Mais uma vez, comprimento de onda mais curto significa frequência mais alta e, portanto, energia mais alta.) Espectroscopicamente, as linhas de emissão apareceriam deslocadas para o lado azul do espectro óptico, daí o nome turno azul .

Tal como acontece com o redshift, o efeito é aplicável a outras bandas do espectro eletromagnético, mas o efeito é mais frequentemente discutido quando se trata de luz óptica, embora em alguns campos da astronomia isso certamente não seja o caso.

Expansão do Universo e o Desvio Doppler

O uso do deslocamento Doppler resultou em algumas descobertas importantes na astronomia. No início de 1900, acreditava-se que a universo era estático. Na verdade, isso levouAlbert Einsteinadicionar a constante cosmológica à sua famosa equação de campo para 'cancelar' a expansão (ou contração) que foi prevista por seu cálculo. Especificamente, acreditava-se que a 'borda' do via Láctea representava o limite do universo estático.

Então, Edwin Hubble descobriram que as chamadas 'nebulosas espirais' que atormentaram a astronomia por décadas foram não nebulosas em tudo. Na verdade, eram outras galáxias. Foi uma descoberta surpreendente e disse aos astrônomos que o universo é muito maior do que eles sabiam.

O Hubble então mediu o desvio Doppler, encontrando especificamente o desvio para o vermelho dessas galáxias. Ele descobriu que quanto mais distante uma galáxia está, mais rapidamente ela recua. Isso levou ao agora famoso Lei de Hubble , que diz que a distância de um objeto é proporcional à sua velocidade de recessão.

Essa revelação levou Einstein a escrever que seu A adição da constante cosmológica à equação de campo foi o maior erro de sua carreira. Curiosamente, no entanto, alguns pesquisadores estão agora colocando a constante de volta em relatividade geral .

Acontece que a Lei de Hubble só é verdadeira até certo ponto, uma vez que pesquisas nas últimas duas décadas descobriram quegaláxias distantesestão recuando mais rapidamente do que o previsto. Isso implica que a expansão do universo está se acelerando. A razão para isso é um mistério, e os cientistas apelidaram a força motriz dessa aceleração energia escura . Eles a explicam na equação de campo de Einstein como uma constante cosmológica (embora seja de uma forma diferente da formulação de Einstein).

Outros usos em astronomia

Além de medir a expansão do universo, o efeito Doppler pode ser usado para modelar o movimento de coisas muito mais próximas de casa; ou seja, a dinâmica do Galáxia Via Láctea .

Ao medir a distância das estrelas e seu desvio para o vermelho ou desvio para o azul, os astrônomos são capazes de mapear o movimento de nossa galáxia e obter uma imagem de como nossa galáxia pode parecer para um observador de todo o universo.

O efeito Doppler também permite que os cientistas meçam as pulsações de estrelas variáveis, bem como os movimentos de partículas viajando a velocidades incríveis dentro de correntes de jato relativísticas que emanam de buracos negros supermassivos .

Editado e atualizado porCarolyn Collins Petersen.