Wat is Blueshift?

 Astronomie heeft een aantal termen die exotisch klinken voor de niet-astronoom. De meeste mensen hebben gehoord van "lichtjaren" en "parsec" als termen voor metingen op afstand. Maar andere termen zijn technischer en kunnen "jargon" klinken voor mensen die niet veel weten over astronomie. Twee van dergelijke termen zijn "roodverschuiving" en "blueshift". Ze worden gebruikt om de beweging van een object naar of van andere objecten in de ruimte te beschrijven.

Roodverschuiving geeft aan dat een object van ons weg beweegt. "Blueshift" is een term die astronomen gebruiken om een ​​object te beschrijven dat naar een ander object of naar ons toe beweegt. Iemand zal zeggen: "Dat sterrenstelsel is bijvoorbeeld blauwverschoven ten opzichte van de Melkweg". Het betekent dat de melkweg naar ons punt in de ruimte beweegt. Het kan ook worden gebruikt om de snelheid te beschrijven die de melkweg neemt naarmate we dichter bij de onze komen. 

Zowel roodverschuiving als blauwverschuiving worden bepaald door het lichtspectrum te bestuderen dat wordt uitgestraald door het object. Specifiek worden "vingerafdrukken" van elementen in het spectrum (die worden genomen met een spectrograaf of een spectrometer), "verschoven" naar het blauw of rood, afhankelijk van de beweging van het object.

Astronomen gebruiken het Doppler-effect om de frequentie van lichtgolven te meten terwijl een object beweegt ten opzichte van de waarnemer. De frequentie is korter wanneer deze naar u toe beweegt en het object vertoont een blauwverschuiving. Als het object weg beweegt, toont het een roodverschuiving. Dit verschijnt in spectra van stellair licht als een verschuiving in de zwarte lijnen (absorptielijnen genoemd) zoals hier getoond). Carolyn Collins Petersen

Hoe bepalen astronomen Blueshift?

Blueshift is een direct resultaat van een eigenschap van de beweging van een object, het Doppler-effect genoemd, hoewel er andere fenomenen zijn die er ook voor kunnen zorgen dat licht blauwverschuift. Dit is hoe het werkt. Laten we die melkweg opnieuw als voorbeeld nemen. Het zendt straling uit in de vorm van licht, röntgenstralen, ultraviolet, infrarood, radio, zichtbaar licht, enzovoort. Wanneer het een waarnemer in onze melkweg nadert, lijkt elk foton (lichtpakket) dat het uitzendt, dichter in de tijd te worden geproduceerd dan het vorige foton. Dit komt door het Doppler-effect en de juiste beweging van de melkweg (zijn beweging door de ruimte). Het gevolg is dat het foton piekt verschijnen dichter bij elkaar te zijn dan ze in werkelijkheid zijn, waardoor de golflengte van het licht korter wordt (hogere frequentie en dus hogere energie), zoals bepaald door de waarnemer.

Blueshift is niet iets dat met het oog kan worden gezien. Het is een eigenschap van hoe licht wordt beïnvloed door de beweging van een object. Astronomen bepalen blauwverschuiving door kleine verschuivingen in de golflengten van het licht van het object te meten. Ze doen dit met een instrument dat het licht in zijn samenstellende golflengten splitst. Normaal wordt dit gedaan met een "spectrometer" of een ander instrument dat een "spectrograaf" wordt genoemd. De gegevens die ze verzamelen, worden grafisch weergegeven in wat een 'spectrum' wordt genoemd. Als de lichtinformatie ons vertelt dat het object naar ons toe beweegt, verschijnt de grafiek "verschoven" naar het blauwe uiteinde van het elektromagnetische spectrum. 

De blueshifts van sterren meten

Door de spectrale verschuivingen van sterren in de Melkweg te meten, kunnen astronomen niet alleen hun bewegingen in kaart brengen, maar ook de beweging van de melkweg als geheel. Objecten die van ons af bewegen, zullen roodverschoven lijken, terwijl objecten die naderen blauwverschoven zijn. Hetzelfde geldt voor het voorbeeldstelsel dat op ons af komt.

Astronomen kunnen de snelheid bepalen waarmee het Andromeda-sterrenstelsel de Melkweg nadert door zijn blauwverschuiving te meten. Credit: NASA; ESA; Z. Levay en R. van der Marel, STScI; T. Hallas; en A. Mellinger

Is het heelal Blueshifted?

De verleden, huidige en toekomstige staat van het universum is een hot topic in de astronomie en in de wetenschap in het algemeen. En een van de manieren waarop we deze toestanden bestuderen, is om de beweging van de astronomische objecten om ons heen te observeren.

Oorspronkelijk werd gedacht dat het universum stopte aan de rand van onze Melkweg, de Melkweg. Maar in de vroege jaren 1900 ontdekte astronoom Edwin Hubble dat er sterrenstelsels buiten de onze waren (deze waren eerder al waargenomen, maar astronomen dachten dat ze gewoon een soort nevel waren, niet hele sterrenstelsels). Er zijn nu meerdere miljarden sterrenstelsels in het universum bekend. 

Dit veranderde ons hele begrip van het universum en kort daarna baande het de weg voor de ontwikkeling van een nieuwe theorie over de oprichting en evolutie van het universum: de Big Bang Theory.

De beweging van het universum uitzoeken

De volgende stap was om te bepalen waar we ons bevinden in het proces van universele evolutie, en wat soort van het universum waarin we leven. De vraag is echt: breidt het universum zich uit? Contracting? Statisch?

Om dat te beantwoorden hebben astronomen de spectrale verschuivingen van sterrenstelsels dichtbij en veraf gemeten, een project dat nog steeds deel uitmaakt van de astronomie. Als de lichtmetingen van de sterrenstelsels in het algemeen blauwverschoven zouden zijn, zou dit betekenen dat het universum samentrekt en dat we op weg kunnen zijn naar een "grote crunch", omdat alles in de kosmos terugslaat. 

Het versnellende, zich uitbreidende universum, dat de invloed toont van versnelde expansie in de meest recente tijdvakken van de kosmische geschiedenis. NASA / WMAP

Het blijkt echter dat de sterrenstelsels zich over het algemeen van ons terugtrekken en roodverschoven lijken. Dit betekent dat het universum zich uitbreidt. Niet alleen dat, maar we weten nu dat de universele expansie versnelt en in het verleden in een ander tempo versnelde. Die verandering in versnelling wordt aangedreven door een mysterieuze kracht die algemeen bekend staat als donkere energie. We hebben weinig begrip van de aard van donkere energie, alleen dat het overal in het universum lijkt te zijn.

Belangrijkste leerpunten

• De term "blauwverschuiving" verwijst naar de verschuiving in golflengten van licht naar het blauwe uiteinde van het spectrum wanneer een object in de ruimte op ons af komt.
• Astronomen gebruiken blueshift om bewegingen van sterrenstelsels naar elkaar en naar ons ruimtegebied te begrijpen.
• Roodverschuiving is van toepassing op het spectrum van licht van sterrenstelsels die van ons af bewegen; dat wil zeggen dat hun licht naar het rode uiteinde van het spectrum wordt verplaatst.

bronnen

• Koele kosmos, coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/cosmic_reference/redshift.html.
• "De ontdekking van het groeiende universum." Het groeiende universum, skyserver.sdss.org/dr1/en/astro/universe/universe.asp.
• NASA, NASA, veronderstel.gsfc.nasa.gov/features/yba/M31_velocity/spectrum/doppler_more.html.

Uitgegeven door Carolyn Collins Petersen.