Co to jest przesunięcie ku czerwieni?
Przesunięcie ku czerwieni to przesunięcie częstotliwości fali elektromagnetycznej spowodowane ruchem obiektu. Światło z obiektów oddalających się od obserwatora ma swoje fale świetlne przesunięte w kierunku czerwonej części spektrum. Przesunięcie ku czerwieni jest powszechnie obserwowane w astronomii, szczególnie podczas obserwacji bardzo odległych obiektów. Efekt nie ogranicza się do promieniowania elektromagnetycznego w zakresie widzialnym, choć termin został przyjęty, ponieważ niektóre cofające się obiekty astronomiczne były czerwone.
Redshift jest wynikiem efektu Dopplera. Efekt Dopplera dotyczy fal dźwiękowych, jak również fal elektromagnetycznych i jest często doświadczany przez ludzi na co dzień. Klakson nadjeżdżającego pociągu ma wyższy ton niż wtedy, gdy pociąg się odsuwa, mimo że sam klakson wydaje dźwięk o stałej wysokości. Wynika to z faktu, że dźwięk przemieszcza się z jednakową prędkością w danym ośrodku - to częstotliwość fali dźwiękowej zmienia się w zależności od ruchu pociągu. Podobny efekt występuje w przypadku światła - światło o niższej częstotliwości powstaje w wyniku oddalania się źródła w przestrzeni.
W zakresie widzialnego spektrum światła fale świetlne o niskiej częstotliwości są wykrywane przez ludzi jako czerwone. Fale świetlne o wysokiej częstotliwości są postrzegane jako niebieskie. Dlatego przesunięcie ku czerwieni będzie wynikało ze światła, którego źródło oddala się od obserwatora. Na przykład galaktyka, która odsuwa się od Ziemi z dużą prędkością, może mieć kolor czerwony. Podobnie, zbliżająca się galaktyka może wyglądać na niebieską, jeśli jej prędkość mieści się w pewnym zakresie.
Chociaż termin przesunięcie ku czerwieni oznacza zmianę koloru, efekt Dopplera dotyczy całego spektrum elektromagnetycznego. Całe promieniowanie, którego jednym z rodzajów jest światło widzialne, jest przesuwane w zależności od prędkości względnej źródła promieniowania. Obiekt astronomiczny, który odsuwa się z wystarczającą prędkością, może „przesunąć się na czerwono” poza całe widmo widzialne - nawet za czerwoną. Promieniowanie otrzymane przez obserwatora mieści się w zakresie promieniowania podczerwonego, które jest niewidoczne gołym okiem. A zatem astronomowie używają terminu przesunięcie ku czerwieni, aby wskazać jakiekolwiek przesunięcie promieniowania w kierunku niższych częstotliwości.
W latach dwudziestych XX wieku amerykański astronom Edwin Hubble i inni zaobserwowali, że większość galaktyk wydaje się przesunięta ku czerwieni, a wielkość przesunięcia ku czerwieni jest proporcjonalna do ich odległości od Ziemi. Im dalej galaktyki, tym szybciej wydawały się oddalać od Ziemi. Trend ten nazywa się prawem Hubble'a i dostarczył kilku pierwszych dowodów na poparcie modelu rozszerzającego się wszechświata, który powstał z Wielkiego Wybuchu. W wybuchu cząstki o różnych prędkościach zwiększają swoje odległości od wszystkich innych cząstek. To samo dotyczy „eksplodującego” wszechświata - wszystkie galaktyki wydają się oddalać od jakiegokolwiek obserwatora.