Redshift e Blueshift descrevem como a luz se desloca para comprimentos de onda mais curtos ou mais longos à medida que objectos no espaço (tais como estrelas ou galáxias) se aproximam ou afastam de nós. O conceito é fundamental para traçar a expansão do universo.
A luz visível é um espectro de cores, que é claro para qualquer pessoa que tenha olhado para um arco-íris. Quando um objecto se afasta de nós, a luz é deslocada para a extremidade vermelha do espectro, à medida que os seus comprimentos de onda se tornam mais longos. Se um objecto se aproximar, a luz desloca-se para a extremidade azul do espectro, à medida que os seus comprimentos de onda se tornam mais curtos.
Para pensar mais claramente nisto, a Agência Espacial Europeia sugere, imagine-se a ouvir uma sirene policial à medida que o carro passa por si na estrada.
“Todos ouviram o aumento do passo de uma sirene policial que se aproxima e a acentuada diminuição do passo à medida que a sirene passa e recua. O efeito surge porque as ondas sonoras chegam ao ouvido do ouvinte mais próximas à medida que a fonte se aproxima, e mais afastadas à medida que recua”, escreveu a ESA.
Som e luz
Este efeito sonoro foi descrito pela primeira vez por Christian Andreas Doppler nos anos 1800 e é chamado efeito Doppler. Uma vez que a luz também emana em comprimentos de onda, isto significa que os comprimentos de onda podem esticar ou esmagar juntos, dependendo da posição relativa dos objectos. Dito isto, não o notamos na escala de vida diária porque a luz viaja muito mais depressa do que a velocidade do som – um milhão de vezes mais depressa, notou a ESA.
Astrónomo americano Edwin Hubble (a quem o Telescópio Espacial Hubble tem o nome) foi o primeiro a descrever o fenómeno de redshift e a ligá-lo a um universo em expansão. As suas observações, reveladas em 1929, mostraram que quase todas as galáxias que observou estão a afastar-se, disse a NASA.
“Este fenómeno foi observado como um redshift do espectro de uma galáxia”, escreveu a NASA. “Este redshift pareceu ser maior para galáxias fracas, presumivelmente mais distantes”. Assim, quanto mais distante uma galáxia, mais depressa está a afastar-se da Terra”
As galáxias estão a afastar-se da Terra porque o próprio tecido do espaço está a expandir-se. Enquanto as próprias galáxias estão em movimento – a Galáxia Andrómeda e a Via Láctea, por exemplo, estão em rota de colisão – há um fenómeno global de redshift a acontecer à medida que o universo se torna maior.
Os termos redshift e blueshift aplicam-se a qualquer parte do espectro electromagnético, incluindo ondas de rádio, infravermelhos, ultravioletas, raios X e raios gama. Assim, se as ondas de rádio forem deslocadas para a parte ultravioleta do espectro, diz-se que são deslocadas para a parte azul, ou para as frequências mais altas. Os raios gama deslocados para as ondas de rádio significariam uma mudança para uma frequência mais baixa, ou um redshift.
O redshift de um objecto é medido através do exame das linhas de absorção ou de emissão no seu espectro. Estas linhas são únicas para cada elemento e têm sempre o mesmo espaçamento. Quando um objecto no espaço se move na nossa direcção ou para longe de nós, as linhas podem ser encontradas em comprimentos de onda diferentes do que estariam se o objecto não estivesse em movimento (em relação a nós).
Redshift é definido como a mudança no comprimento de onda da luz dividida pelo comprimento de onda que a luz teria se a fonte não estivesse em movimento – chamado comprimento de onda restante:
Três tipos de redshift
No mínimo três tipos de redshift ocorrem no universo – da expansão do universo, do movimento das galáxias em relação umas às outras e do “redshift gravitacional”, que acontece quando a luz é deslocada devido à enorme quantidade de matéria dentro de uma galáxia.
Este último redshift é o mais subtil dos três, mas em 2011 os cientistas conseguiram identificá-lo numa escala de tamanho de universo. Os astrónomos fizeram uma análise estatística de um grande catálogo conhecido como Sloan Digital Sky Survey, e descobriram que o redshift gravitacional acontece – exactamente de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein. Este trabalho foi publicado num artigo da Nature.
“Temos medições independentes das massas de agregados, por isso podemos calcular qual é a expectativa para o redshift gravitacional baseada na relatividade geral”, disse o astrofísico da Universidade de Copenhaga Radek Wojtak, na altura. “Concorda exactamente com as medições deste efeito”
A primeira detecção do redshift gravitacional ocorreu em 1959, depois de os cientistas terem detectado a sua ocorrência em luz de raios gama emanando de um laboratório baseado na Terra. Antes de 2011, também foi encontrada no sol e nas anãs brancas próximas, ou nas estrelas mortas que permanecem depois de estrelas do tamanho do sol cessarem a fusão nuclear no final das suas vidas.
Notativas utilizações do redshift
Redshift ajuda os astrónomos a comparar as distâncias de objectos distantes. Em 2011, os cientistas anunciaram ter visto o objecto mais distante alguma vez visto – uma explosão de raios gama chamada GRB 090429B, que emanava de uma estrela em explosão. Na altura, os cientistas estimaram que a explosão teve lugar há 13,14 mil milhões de anos. Em comparação, o Big Bang teve lugar há 13,8 biliões de anos.
A galáxia mais distante conhecida é a GN-z11. Em 2016, o Telescópio Espacial Hubble determinou a sua existência apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Os cientistas mediram o redshift da GN-z11 para ver o quanto a sua luz tinha sido afectada pela expansão do universo. O redshift da GN-z11 foi 11,1, muito superior ao próximo redshift mais alto de 8,68 medido a partir da galáxia EGSY8p7.
Os cientistas podem usar o redshift para medir a forma como o Universo está estruturado em grande escala. Um exemplo disto é a Grande Muralha Hercules-Corona Borealis; a luz leva cerca de 10 mil milhões de anos a atravessar a estrutura. O Sloan Digital Sky Survey é um projecto contínuo de redshift que tenta medir os redshifts de vários milhões de objectos. O primeiro levantamento do redshift foi o CfA RedShift Survey, que completou a sua primeira recolha de dados em 1982.
Um campo de pesquisa emergente diz respeito a como extrair informação do redshift das ondas gravitacionais, que são perturbações no espaço-tempo que ocorrem quando um corpo maciço é acelerado ou perturbado. (Einstein sugeriu pela primeira vez a existência de ondas gravitacionais em 1916, e o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) detectou-as pela primeira vez directamente em 2016). Como as ondas gravitacionais transportam um sinal que mostra a sua massa redshifted, a extracção do redshift requer algum cálculo e estimativa, de acordo com um artigo de 2014 na revista Physical Review X.
Editor’s note: Este artigo foi actualizado em 7 de Agosto de 2019 para reflectir uma correcção. As ondas de rádio deslocadas para a parte ultravioleta do espectro são deslocadas para azul, não para vermelho.
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