Nähtava valguse spekter.
(Pilt: © NASA.)
Punane nihe ja sinine nihe kirjeldavad, kuidas valgus nihkub lühema või pikema lainepikkuse poole, kui kosmoseobjektid (näiteks tähed või galaktikad) liiguvad meist lähemale või kaugemale. Kontseptsioon on universumi laienemise kaardistamise võti.
Nähtav valgus on värvispekter, mis on selge kõigile, kes on vikerkaart vaadanud. Kui objekt meist eemaldub, nihkub valgus spektri punasesse otsa, kuna selle lainepikkused muutuvad pikemaks. Kui objekt liigub lähemale, liigub valgus spektri sinisesse otsa, kuna selle lainepikkused lühenevad.
Euroopa Kosmoseagentuur soovitab selgemalt mõelda, kujutage end ette kuulamas politsei sireeni, kui auto teie poole maanteel tormab.
"Kõik on kuulnud läheneva politsei sireeni suurenenud helikõrgust ja heli järsku vähenemist sireeni möödudes ja taandudes. Efekt tekib seetõttu, et helilained jõuavad allika lähenedes kuulaja kõrva lähemale ja kaugemale, kui see läheneb. taandub, "kirjutas ESA.
Heli ja valgus
Seda heliefekti kirjeldas Christian Andreas Doppler esmakordselt 1800. aastatel ja seda nimetatakse Doppleri efektiks. Kuna valgus eraldub ka lainepikkustes, tähendab see, et lainepikkused võivad sõltuvalt objektide suhtelisest asendist venitada või kokku murda. Sellegipoolest ei märka me seda igapäevases mõõtkavas, sest valgus liigub palju kiiremini kui heli kiirus - miljon korda kiirem, märkis ESA.
Ameerika astronoom Edwin Hubble (kelle nimeks on Hubble'i kosmoseteleskoop) kirjeldas esimesena punanihke fenomeni ja sidus selle laieneva universumiga. Tema tähelepanekud, mis paljastusid 1929. aastal, näitasid, et peaaegu kõik tema täheldatud galaktikad eemalduvad, teatas NASA.
"Seda nähtust täheldati galaktika spektri punanihkena," kirjutas NASA. "See punane nihe näis olevat nõrkade, arvatavasti kaugemate galaktikate jaoks suurem. Seega, mida kaugem on galaktika, seda kiiremini ta Maa seest taandub."
Galaktikad eemalduvad Maast, kuna kosmose kangas ise laieneb. Kui galaktikad ise on liikvel - näiteks Andromeda galaktika ja Linnutee - on kokkupõrkekursil, on universumi suurenedes punanihke üldine nähtus.
Mõisted punane nihe ja sinine nihe kehtivad elektromagnetilise spektri mis tahes osa kohta, sealhulgas raadiolained, infrapuna, ultraviolettkiirgus, röntgenikiirgus ja gammakiirgus. Niisiis, kui raadiolained nihutatakse spektri ultraviolettkiirguse ossa, siis öeldakse, et need on sinise nihkega või kõrgemate sageduste suunas. Raadiolainetele nihutatud gammakiired tähendaksid nihutamist madalamale sagedusele või punast nihet.
Objekti punast nihet mõõdetakse selle spektri neeldumis- või emissioonijoonte uurimisega. Need read on iga elemendi jaoks ainulaadsed ja neil on alati samad vahed. Kui kosmoses olev objekt liigub meie poole või meist eemale, võib jooni leida erineva lainepikkusega kui see, kus nad oleksid, kui objekt ei liigu (meie suhtes). [Seotud: tehke oma spektroskoop]
Punasuunaline nihe on määratletud kui valguse lainepikkuse muutus, mis on jagatud lainepikkusega, mis valgusel oleks, kui allikas ei liigu - seda nimetatakse ülejäänud lainepikkuseks:
Kolm tüüpi punanihke
Universumis toimub vähemalt kolme tüüpi punanihke - universumi laienemisest, galaktikate üksteise suhtes liikumisest ja "gravitatsioonilisest punasest nihkest", mis juhtub siis, kui valgus nihkub galaktika sees oleva massilise ainekoguse tõttu.
Viimane punanihk on neist kolmest väikseim, kuid 2011. aastal suutsid teadlased selle universumi suuruse skaalal tuvastada. Astronoomid tegid statistilise analüüsi suurest kataloogist, mida nimetatakse Sloani digitaalse taeva uuringuks, ja leidsid, et gravitatsiooniline punane nihe juhtub - täpselt kooskõlas Einsteini üldrelatiivsusteooriaga. See töö avaldati ajakirjas Nature.
"Meil on klastrimasside sõltumatud mõõtmised, seega saame arvutada, milline on üldrelatiivsusel põhinev gravitatsioonilise punase nihke ootus," ütles Kopenhaageni ülikooli astrofüüsik Radek Wojtak toona. "See nõustub täpselt selle efekti mõõtmistega."
Gravitatsioonilise punanihke esimene avastamine leidis aset 1959. aastal, pärast seda, kui teadlased avastasid selle ilmnemise gammakiirguse valguses, mis tekkis Maapõhisest laborist. Enne 2011. aastat leiti seda ka päikesest ja läheduses asuvatest valgetest kääbustest ehk surnud tähed, mis jäävad pärast päikese suurusega tähti, lõpetavad tuumasünteesi oma elu lõpus.
Punase nihke olulised kasutamised
Punane nihe aitab astronoomidel võrrelda kaugete objektide vahemaad. 2011. aastal teatasid teadlased, et nad on näinud kaugeimat objekti, mida eales nähtud - gammakiirguse purunemist nimega GRB 090429B, mis tekkis plahvatavast tähest. Teadlaste hinnangul toimus plahvatus 13,14 miljardit aastat tagasi. Võrdluseks - Suur Pauk leidis aset 13,8 miljardit aastat tagasi.
Kaugeim teadaolev galaktika on GN-z11. Hubble'i kosmoseteleskoop tegi 2016. aastal kindlaks, et see eksisteerib vaid paarsada miljonit aastat pärast Suurt Pauku. Teadlased mõõtsid GN-z11 punast nihet, et näha, kui palju selle valgust universumi laienemine mõjutas. GN-z11 punanihk oli 11,1, mis on palju suurem kui järgmine kõrgeim punane nihe 8,68, mõõdetuna galaktikast EGSY8p7.
Teadlased saavad punanihke abil mõõta, kuidas universum on suures plaanis üles ehitatud. Selle üheks näiteks on Hercules-Corona Borealise suursein; Valgusel kulub kogu konstruktsiooni läbimiseks umbes 10 miljardit aastat. Sloan Digital Sky Survey on käimasolev punanihke projekt, mille eesmärk on mõõta mitme miljoni objekti punanihkeid. Esimene punanihke uuring oli CfA RedShift Survey, mis lõpetas oma esimese andmekogumise 1982. aastal.
Üks esilekerkivaid uurimisvaldkondi puudutab punassiirdeteabe eraldamist gravitatsioonilainetest, mis on aegruumi häired, mis tekivad massiivse keha kiirendamisel või häirimisel. (Einstein soovitas esmakordselt gravitatsioonilainete olemasolu 1916. aastal ja Laser Interferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskus (LIGO) tuvastas neid esmakordselt otse 2016. aastal). Kuna gravitatsioonilained kannavad signaali, mis näitab nende punaselt nihutatud massi, nõuab punanihke eraldamine sellest teatud arvutusi ja hinnanguid, selgub eelretsenseeritud ajakirja Physical Review X 2014. aasta artiklist.
Toimetaja märkus: Seda artiklit värskendati 7. augustil 2019, et kajastada parandust. Spektri ultraviolettkiirgusse nihutatud raadiolained on sinine, mitte punane.
