가시 광선 스펙트럼.
(이미지 : © NASA.)
레드 시프트와 블루 시프트는 우주의 물체 (예 : 별이나 은하)가 우리와 더 가까워 지거나 멀어 질 때 빛이 더 짧거나 더 긴 파장으로 이동하는 방식을 나타냅니다. 이 개념은 우주의 확장을 차트로 만드는 핵심입니다.
가시 광선은 다양한 색상으로 무지개를 본 사람에게는 분명합니다. 물체가 우리에게서 멀어지면, 빛은 파장이 길어질수록 스펙트럼의 적색 끝으로 이동합니다. 물체가 가까이 이동하면 파장이 짧아 질수록 빛이 스펙트럼의 파란색 끝으로 이동합니다.
유럽 우주국 (European Space Agency)은이를보다 명확하게 생각하기 위해 자동차가 도로에서 돌진 할 때 경찰 사이렌을 듣는다고 상상해보십시오.
"모두가 다가오는 경찰 사이렌의 음높이가 증가하고 사이렌이 지나갈 때 피치가 급격히 감소하는 것을 들었습니다. 음파가 소스에 접근함에 따라 청취자의 귀에 더 가깝게 도달하고 음파가 멀어 질수록 그 효과가 발생합니다. ESA는 썼다.
소리와 빛
이 음향 효과는 1800 년대 Christian Andreas Doppler에 의해 처음 묘사되었으며 도플러 효과라고합니다. 빛도 파장에서 방출되기 때문에 물체의 상대 위치에 따라 파장이 함께 늘어나거나 뭉개 질 수 있습니다. ESA에 따르면 빛의 속도가 음속보다 훨씬 빠르게 이동하기 때문에 일상적인 규모로는 눈에 띄지 않습니다.
미국 천문학 자 에드윈 허블 (허블 우주 망원경의 이름을 딴)은 처음으로 적색 편이 현상을 설명하고이를 우주 확장과 연계시켰다. NASA에 따르면 1929 년에 관측 된 그의 관측은 거의 모든 은하가 사라지고 있다고 밝혔다.
NASA는“이 현상은 은하 스펙트럼의 적색 편이로 관찰되었다”고 말했다. "이 적색 편이는 희미하고 아마도 더 은하계에 비해 더 큰 것으로 보인다. 따라서, 은하가 멀수록 지구로부터 멀어지는 속도가 빠르다."
우주의 직물 자체가 확대되고 있기 때문에 은하가 지구에서 멀어지고 있습니다. 예를 들어 안드로메다 은하와 은하수가 충돌하는 과정에서 은하 자체가 움직이고 있지만 우주가 커짐에 따라 전반적인 적색 편이 현상이 발생합니다.
적색 편이 및 청색 편이라는 용어는 전파, 적외선, 자외선, X 선 및 감마선을 포함한 전자기 스펙트럼의 모든 부분에 적용됩니다. 따라서 전파가 스펙트럼의 자외선 부분으로 이동하면 청색 이동 또는 더 높은 주파수로 이동한다고합니다. 감마선이 전파로 이동하면 주파수가 낮아 지거나 적색 이동이됩니다.
물체의 적색 편이는 스펙트럼에서 흡수선 또는 방출 선을 검사하여 측정됩니다. 이 줄은 각 요소마다 고유하며 항상 같은 간격을 갖습니다. 우주의 물체가 우리를 향하거나 멀어 질 때, 물체가 움직이지 않았을 때 (우리에 비해) 다른 파장에서 선을 찾을 수 있습니다. [관련 : 자신의 분광기 만들기]
적색 편이는 광원의 파장 변화를 광원이 움직이지 않는 경우 광원이 갖는 파장 (나머지 파장이라고 함)으로 나눈 것으로 정의됩니다.
세 가지 유형의 적색 편이
우주에서 팽창하는 것, 서로에 대한 은하의 움직임, 그리고 은하 내부의 엄청난 양의 물질로 인해 빛이 이동 될 때 발생하는 "중력 적색 편이"로부터 적어도 3 가지 유형의 적색 편이가 발생한다.
이 후자의 적색 편이는이 세 가지 중에서 가장 미묘하지만 2011 년 과학자들은 이것을 우주 규모로 식별 할 수있었습니다. 천문학 자들은 슬론 디지털 스카이 서베이 (Sloan Digital Sky Survey)로 알려진 대형 카탈로그의 통계 분석을 수행했으며, 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 정확히 일치하는 중력 적 적색 편이가 발생한다는 것을 발견했습니다. 이 작품은 자연 신문에 게재되었습니다.
코펜하겐 대학교 천체 물리학 자 Radek Wojtak은“우리는 군집 질량을 독립적으로 측정하여 일반 상대성 이론에 근거한 중력 적 적색 편이에 대한 기대치를 계산할 수있다”고 말했다. "이 효과의 측정과 정확히 일치합니다."
과학자들이 지구 기반 실험실에서 나오는 감마선에서 발생하는 것을 감지 한 후 중력 적 적색 편이의 첫 번째 탐지는 1959 년에 시작되었습니다. 2011 년 이전에는 태양과 근처의 백색 왜성에서도 발견되었으며, 태양 크기의 별이 삶에서 늦게 핵융합을 멈춘 후에도 죽은 별들이 발견되었습니다.
주목할만한 레드 시프트 사용
레드 시프트는 천문학 자들이 멀리있는 물체의 거리를 비교할 수 있도록 도와줍니다. 2011 년에 과학자들은 폭발 한 별에서 발산 된 GRB 090429B라는 감마선 폭발을 가장 많이 본 대상을 발표했다고 발표했다. 당시 과학자들은 폭발이 133 억 년 전에 발생한 것으로 추정했다. 이에 비해 빅뱅은 138 억년 전에 일어났다.
가장 먼 알려진 은하는 GN-z11입니다. 2016 년에 허블 우주 망원경은 빅뱅 이후 불과 몇억 년이 지난 것으로 결정했습니다. 과학자들은 GN-z11의 적색 편이를 측정하여 우주의 팽창으로 인해 빛의 양이 얼마나 영향을 받는지 확인했습니다. GN-z11의 적색 편이는 11.1로, 은하 EGSY8p7에서 측정 된 8.68의 다음으로 높은 적색 편이보다 훨씬 높습니다.
과학자들은 적색 편이를 사용하여 우주가 어떻게 대규모로 구성되는지 측정 할 수 있습니다. 그 예로 허큘리스-코로나 보레 알리스 만리장성이 있습니다. 빛이 구조를 통과하는 데 약 100 억 년이 걸립니다. 슬론 디지털 스카이 서베이 (Sloan Digital Sky Survey)는 진행중인 레드 시프트 프로젝트로 수백만 개의 물체의 레드 시프트를 측정하려고합니다. 최초의 적색 편이 조사는 CfA RedShift Survey로 1982 년에 최초의 데이터 수집이 완료되었습니다.
떠오르는 연구 분야 중 하나는 중력파에서 적색 편이 정보를 추출하는 방법에 관한 것으로, 이는 거대한 물체가 가속되거나 방해 될 때 발생하는 시공간의 교란입니다. (아인슈타인은 1916 년에 중력파의 존재를 처음으로 제안했으며, 레이저 간섭계 중력파 천문대 (LIGO)는 2016 년에이를 직접 감지했습니다). 중력파는 적색 편이 질량을 나타내는 신호를 가지고 있기 때문에, 동료 검토 저널 Physical Review X의 2014 기사에 따르면 적색 편이를 추출하려면 약간의 계산과 추정이 필요합니다.
편집자 주 : 이 문서는 2019 년 8 월 7 일에 수정 내용을 반영하여 업데이트되었습니다. 스펙트럼의 자외선 부분으로 이동 된 전파는 적색 이동이 아닌 청색 이동됩니다.
