Rødforskydning

Fysisk kosmologi

Universet · Universets alder Big Bang · Tidslinje for Big Bang Observerbare univers Universets fremtid Tidlige univers Inflation · Nukleosyntese GWB · Neutrinobaggrund Kosmisk baggrundsstråling Ekspanderende univers Rødforskydning · Hubbles lov Universets udvidelse Friedman-ligningerne FLRW målesystem Strukturdannelse Universets form Strukturdannelse Reionisering Galaksedannelse Struktur på stor skala Galaksefilamenter Komponenter Lambda-CDM-modellen Mørk energi · Mørkt stof Historie Tidslinje for kosmologiske teorier αβγ-afhandlingen Fremtiden for et ekspanderende univers Eksperimenter Observationskosmologi 2dF · SDSS COBE · BOOMERanG · WMAP · Planck Videnskabsmænd Isaac Newton · Einstein · Hawking · Friedmann · Lemaître · Hubble · Penzias · Wilson · Gamow · Dicke · Zel'dovitj · Mather · Rubin · Smoot

Absorberingslinjer i det optiske spektrum af en superhob af en fjern galakse (højre), som sammenlignet med absorption linjer i det optiske spektrum af Solen (Venstre). Pile indikerer rødforskydningen. Bølgelængde forøges op mod den røde og ud (frekvensen falder).

I fysikken (især astrofysikken), opstår fænomenet rødforskydning når lys der ses kommende fra et objekt, er proportionalt forøget i bølgelængden, eller forskudt til den røde ende af spektret. Mere generelt, hvor en observatør registrerer elektromagnetisk stråling udenfor det synlige spektrum, udgør "rødere" forskydning en teknisk forkortelse for "stigning i elektromagnetisme bølgelængde" — som også indebærer lavere frekvens og foton energi i overensstemmelse med, henholdsvis, bølge og kvantum teorien for lys.

Rødforskydning og blåforskydning

Populært kan man sige, at

• hvis udsenderen og modtageren fjerner sig hinanden, bliver bølgerne trukket fra hinanden og bølgelængden bliver længere = rødforskydning
• hvis udsenderen og modtageren nærmer sig hinanden bliver bølgerne presset sammen og bølgelængden bliver kortere = blåforskydning

Rødforskydning kan henføres til Dopplereffekten, der mest kendes som forandringerne i den tilsyneladende tone af sirener og frekvensen af lyd bølger der udsendes af fremad kørende køretøjer; en observeret rødforskydning, på grund af Dopplereffekten, opstår når en lys kilde bevæger sig væk fra en observatør. Kosmologisk rødforskydning er set på grund af udvidelse af universet, og tilstrækkeligt fjerne lys kilder (generelt mere end få millioner lysår væk) har en rødforskydning svarende til stigningen af deres afstand fra Jorden. Endeligt er der rødforskydning forårsaget af tyngdekraft, det er en relativistisk effekt, observeret i elektromagnetisk stråling, passerende ud af tyngdefelter. Modsat er et fald i bølgelængden, kaldet blåforskydning, generelt set når et lys-udsendende objekt bevæger sig mod en observatør eller når elektromagnetisk stråling bevæger sig ind i et såkaldt tyngdefelt.

Selvom observering af rødforskydning og blåforskydning har flere jordbaserede anvendelser (e.g., Doppler radar og radar kanoner), er rødforskydning mest kendt fra de spektroskopiske observationer af astronomiske objekter.

En særlig relativistisk rødforskydningens formel (og dens klassiske tilnærmelse) kan blive brugt til at udregne rødforskydningen af et nærliggende objekt når rumtiden er fladt. Dog har mange tilfælde af sorte huller og Big Bangs kosmologi krævet at rødforskydningen bliver udregnet ved hjælp af den Generellle relativitetsteori. Special relative, rødforskydning forårsaget af tyngdekraft, og kosmologisk rødforskydning kan forstås under referenceramme transformations lovene. Der eksistere andre fysiske processer som kan lede til en forskydning af frekvensen af elektromagnetisk stråling, deriblandt spredning og optiske effekter; dog, kan den resulterende forandring skelnes fra rigtig rødforskydning og er ikke generelt refereret som sådan.

Rødforskydningens formel

I den generelle relativitet kan man udlede flere formler, gældende for særlige tilfælde, for rødforskydning i visse specielle rumtids geometrier, som opsummeres i den følgende tabel. I alle tilfælde er størrelsen af forskydningen (værdien af z) uafhængig af bølgelængden.

Doppler effekt, gul (~575 nm bølgelængde) kugle vises som værende grøn (blåforskydning til ~565 nm bølgelængde) nærmer sig observatøren, bliver orange (rødforskydningen til ~585 nm bølgelængde) som den passerer, og vender tilbage til gul når bevægelse stoppes. For at observere sådan en forandring i farven, skal objektet have en fart på omkring 5200 km/s, eller omkring 75 gange hurtigere end far rekorden for hurtigste menneskeskabte rum fartøj.

Rødforskydning resumé

Rødforskydning type	Geometri	Formel
Relativistisk Dopplereffekt	Minkowski-rum (flad rumtid)	$1+z=\gamma \left(1+{\frac {v_{\parallel }}{c}}\right)$ $z\approx {\frac {v_{\parallel }}{c}}$ for small $v$ $1+z={\sqrt {\frac {1+{\frac {v}{c}}}{1-{\frac {v}{c}}}}}$ for bevægelse i den helt radiale retning. $1+z={\frac {1}{\sqrt {1-{\frac {v^{2}}{c^{2}}}}}}$ for bevægelse in den helt omvendte retning.
Kosmologisk rødforskydning	FLRW rumtid (ekspanderende Big Bang univers)	$1+z={\frac {a_{\mathrm {now} }}{a_{\mathrm {then} }}}$
Rødforskydning forårsaget af tyngdekraft	alle i stationær rumtid (eller Schwarzschild's geometri)	$1+z={\sqrt {\frac {g_{tt}({\text{modtager}})}{g_{tt}({\text{kilde}})}}}$ (for Schwarzschild's geometri, $1+z={\sqrt {\frac {1-{\frac {2GM}{c^{2}r_{\text{modtager}}}}}{1-{\frac {2GM}{c^{2}r_{\text{kilde}}}}}}}$

Referencer

<references>

Noter

• Wikimedia Commons har flere filer relateret til Rødforskydning