Wat is een roodverschuiving?

Een roodverschuiving is een verschuiving in de frequentie van een elektromagnetische golf veroorzaakt door de beweging van een object. Licht van objecten die weggaan van een waarnemer hebben hun lichtgolven verschoven naar het rode deel van het spectrum. Roodverschuiving wordt vaak waargenomen in de astronomie, met name bij de observatie van objecten op grote afstand. Het effect is niet beperkt tot elektromagnetische straling in het zichtbare bereik, hoewel de term aansloeg omdat sommige terugwijkende astronomische objecten rood leken.

Roodverschuiving is het resultaat van het Doppler-effect. Het Doppler-effect is van toepassing op zowel geluidsgolven als elektromagnetische golven en wordt vaak dagelijks door mensen ervaren. De hoorn van een naderende trein klinkt hoger in toonhoogte dan wanneer de trein wegrijdt, hoewel de hoorn zelf een geluid produceert met een constante toonhoogte. Dit komt omdat geluid met een uniforme snelheid in een bepaald medium reist - het is de frequentie van de geluidsgolf die verandert op basis van beweging van de trein. Een soortgelijk effect treedt op met licht, met een licht met een lagere frequentie als gevolg van een bron die weg beweegt in de ruimte.

Binnen het zichtbare lichtspectrum worden laagfrequente lichtgolven door mensen als rood waargenomen. Hoogfrequente lichtgolven worden als blauw gezien. Daarom zal een roodverschuiving het gevolg zijn van licht waarvan de bron weggaat van een waarnemer. Een melkwegstelsel dat bijvoorbeeld met hoge snelheid van de aarde weg beweegt, kan rood van kleur lijken. Evenzo kan een naderende melkweg blauw lijken als de snelheid binnen een bepaald bereik ligt.

Hoewel de term roodverschuiving een kleurverandering impliceert, is het Doppler-effect van toepassing op het gehele elektromagnetische spectrum. Alle straling, waarvan zichtbaar licht één type is, wordt verschoven op basis van de relatieve snelheid van de stralingsbron. Een astronomisch object dat met voldoende snelheid weg beweegt, kan "roodverschuiven" uit het gehele zichtbare spectrum - zelfs voorbij rood. De resulterende straling die door een waarnemer wordt ontvangen, bevindt zich in het bereik van infraroodstraling, die onzichtbaar is voor het blote oog. Astronomen gebruiken de term roodverschuiving dus om elke verschuiving in straling naar lagere frequenties aan te geven.

In de jaren 1920 merkten de Amerikaanse astronoom Edwin Hubble en anderen op dat de meeste sterrenstelsels roodverschoven leken te zijn, met de hoeveelheid roodverschuiving evenredig aan hun afstanden tot de aarde. Hoe verder weg sterrenstelsels waren, hoe sneller ze leken weg te bewegen van de aarde. Deze trend wordt de wet van Hubble genoemd en leverde een aantal van de eerste bewijzen op voor een zich uitbreidend universummodel dat afkomstig was van een oerknal. Bij een explosie vergroten deeltjes met verschillende snelheden allemaal hun afstand tot alle andere deeltjes. Hetzelfde geldt in een "exploderend" universum - alle sterrenstelsels lijken zich van elke waarnemer te verwijderen.