El corrimiento al rojo y el corrimiento al azul describen cómo la luz se desplaza hacia longitudes de onda más cortas o más largas a medida que los objetos del espacio (como las estrellas o las galaxias) se acercan o se alejan de nosotros. El concepto es clave para trazar la expansión del universo.
La luz visible es un espectro de colores, lo que está claro para cualquiera que haya mirado un arco iris. Cuando un objeto se aleja de nosotros, la luz se desplaza hacia el extremo rojo del espectro, ya que sus longitudes de onda son más largas. Si un objeto se acerca, la luz se desplaza hacia el extremo azul del espectro, ya que sus longitudes de onda se hacen más cortas.
Para pensar en esto de forma más clara, la Agencia Espacial Europea sugiere que se imagine escuchando una sirena de policía mientras el coche pasa a toda velocidad por la carretera.
«Todo el mundo ha oído el aumento del tono de una sirena de policía que se acerca y la brusca disminución del tono cuando la sirena pasa y se aleja. El efecto se debe a que las ondas sonoras llegan al oído del oyente más juntas a medida que la fuente se acerca, y más separadas a medida que se aleja», escribió la ESA.
El sonido y la luz
Este efecto sonoro fue descrito por primera vez por Christian Andreas Doppler en el siglo XIX y se denomina efecto Doppler. Dado que la luz también emana en longitudes de onda, esto significa que las longitudes de onda pueden estirarse o encogerse en función de la posición relativa de los objetos. Dicho esto, no lo notamos a escala de la vida cotidiana porque la luz viaja mucho más rápido que la velocidad del sonido, un millón de veces más rápido, señaló la ESA.
El astrónomo estadounidense Edwin Hubble (que da nombre al Telescopio Espacial Hubble) fue el primero en describir el fenómeno del corrimiento al rojo y relacionarlo con un universo en expansión. Sus observaciones, reveladas en 1929, mostraron que casi todas las galaxias que observó se están alejando, dijo la NASA.
«Este fenómeno se observó como un corrimiento al rojo del espectro de una galaxia», escribió la NASA. «Este corrimiento al rojo parecía ser mayor para las galaxias débiles, presumiblemente más lejanas. Por lo tanto, cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja de la Tierra».
Las galaxias se alejan de la Tierra porque el propio tejido del espacio se está expandiendo. Mientras las galaxias en sí mismas se mueven -la galaxia de Andrómeda y la Vía Láctea, por ejemplo, están en curso de colisión-, se produce un fenómeno general de corrimiento al rojo a medida que el universo se hace más grande.
Los términos corrimiento al rojo y corrimiento al azul se aplican a cualquier parte del espectro electromagnético, incluyendo las ondas de radio, infrarrojas, ultravioletas, rayos X y rayos gamma. Así, si las ondas de radio se desplazan hacia la parte ultravioleta del espectro, se dice que están desplazadas hacia las frecuencias más altas. Los rayos gamma desplazados hacia las ondas de radio significarían un desplazamiento hacia una frecuencia más baja, o un corrimiento al rojo.
El desplazamiento al rojo de un objeto se mide examinando las líneas de absorción o emisión de su espectro. Estas líneas son únicas para cada elemento y siempre tienen el mismo espacio. Cuando un objeto en el espacio se acerca o se aleja de nosotros, las líneas pueden encontrarse en longitudes de onda diferentes a las que tendrían si el objeto no se moviera (en relación con nosotros).
El corrimiento de onda se define como el cambio en la longitud de onda de la luz dividido por la longitud de onda que tendría la luz si la fuente no se moviera – llamada longitud de onda en reposo:
Tres tipos de corrimiento al rojo
En el universo se producen al menos tres tipos de corrimiento al rojo: por la expansión del universo, por el movimiento de las galaxias entre sí y por el «corrimiento al rojo gravitacional», que se produce cuando la luz se desplaza debido a la enorme cantidad de materia que hay dentro de una galaxia.
Este último desplazamiento es el más sutil de los tres, pero en 2011 los científicos pudieron identificarlo a escala del universo. Los astrónomos realizaron un análisis estadístico de un gran catálogo conocido como Sloan Digital Sky Survey, y descubrieron que el corrimiento gravitacional se produce, exactamente en línea con la teoría de la relatividad general de Einstein. Este trabajo se publicó en un artículo de Nature.
«Tenemos mediciones independientes de las masas de los cúmulos, por lo que podemos calcular cuál es la expectativa de desplazamiento gravitacional basada en la relatividad general», dijo entonces el astrofísico de la Universidad de Copenhague Radek Wojtak. «Coincide exactamente con las mediciones de este efecto».
La primera detección del corrimiento gravitacional al rojo se produjo en 1959, después de que los científicos detectaran que se producía en la luz de los rayos gamma que emanaba de un laboratorio en la Tierra. Antes de 2011, también se encontró en el sol y en las enanas blancas cercanas, o las estrellas muertas que quedan después de que las estrellas del tamaño del sol cesen la fusión nuclear al final de sus vidas.
Usos notables del corrimiento al rojo
El corrimiento al rojo ayuda a los astrónomos a comparar las distancias de objetos lejanos. En 2011, los científicos anunciaron que habían visto el objeto más lejano jamás visto: una explosión de rayos gamma llamada GRB 090429B, que emanaba de una estrella en explosión. En aquel momento, los científicos estimaron que la explosión tuvo lugar hace 13.140 millones de años. En comparación, el Big Bang tuvo lugar hace 13.800 millones de años.
La galaxia más lejana conocida es GN-z11. En 2016, el telescopio espacial Hubble determinó que existió apenas unos cientos de millones de años después del Big Bang. Los científicos midieron el corrimiento al rojo de GN-z11 para ver cuánto se había visto afectada su luz por la expansión del universo. El desplazamiento al rojo de GN-z11 fue de 11,1, mucho más alto que el siguiente desplazamiento al rojo más alto, de 8,68, medido en la galaxia EGSY8p7.
Los científicos pueden utilizar el desplazamiento al rojo para medir cómo está estructurado el universo a gran escala. Un ejemplo de ello es la Gran Muralla Hércules-Corona Borealis; la luz tarda unos 10.000 millones de años en atravesar la estructura. El Sloan Digital Sky Survey es un proyecto de corrimiento al rojo en curso que intenta medir los corrimientos al rojo de varios millones de objetos. El primer estudio de corrimiento al rojo fue el CfA RedShift Survey, que completó su primera recopilación de datos en 1982.
Un campo de investigación emergente se refiere a cómo extraer información de corrimiento al rojo de las ondas gravitacionales, que son perturbaciones en el espacio-tiempo que se producen cuando un cuerpo masivo es acelerado o perturbado. (Einstein sugirió por primera vez la existencia de las ondas gravitacionales en 1916, y el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (LIGO) las detectó directamente por primera vez en 2016). Debido a que las ondas gravitacionales llevan una señal que muestra su masa desplazada al rojo, extraer el desplazamiento al rojo de eso requiere algunos cálculos y estimaciones, según un artículo de 2014 en la revista revisada por pares Physical Review X.
Nota del editor: Este artículo se actualizó el 7 de agosto de 2019 para reflejar una corrección. Las ondas de radio desplazadas hacia la parte ultravioleta del espectro están desplazadas hacia el azul, no hacia el rojo.
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