Roodverschuiving

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Ga naar: navigatie, zoeken
Rood- en blauwverschuiving
Roodverschuiving, te zien in de spectraallijnen van een supercluster verre sterren (BAS11, rechts), vergeleken met die van de zon.

Roodverschuiving in de astronomie en de natuurkunde is het verschijnsel dat het spectrum van uitgezonden licht of andere elektromagnetische straling bij ontvangst naar "rood" verschoven is, dat wil zeggen in de richting van de langere golflengten (lagere frequenties).

Het tegengestelde effect, waarbij een verschuiving naar de kortere golflengten - naar "blauw" - plaatsvindt, heet blauwverschuiving. Roodverschuiving treedt op als gevolg van het dopplereffect wanneer de bron en de waarnemer zich van elkaar verwijderen en als gevolg van een sterk gravitatieveld waar de straling zich doorheen voortplant.

De golflengte van het licht uitgestraald door een lichtbron die zich met grote snelheid van de waarnemer verwijdert, wordt langer (de frequentie wordt lager) naarmate deze snelheid groter is. Hetzelfde effect in geluidsgolven doet zich voor bij verandering van toonhoogte van bijvoorbeeld een sirene van een ambulance als deze naar ons toekomt of van ons wegrijdt.

In de praktijk is de roodverschuiving bij lichtgolven alleen meetbaar bij de zeer hoge snelheden die in het heelal voorkomen.

De roodverschuiving wordt kwantitatief uitgedrukt in de relatieve verandering z van de golflengte λ ten opzichte van de uitgezonden golflengte λ0:

z=\frac{\lambda-\lambda_0}{\lambda_0}=\frac{f_0-f}{f}

Uitgedrukt in de frequenties is z de relatieve verandering van de uitgezonden frequentie f0 ten opzichte van de waargenomen frequentie f.

Als de roodverschuiving het gevolg is van het dopplereffect, omdat de lichtbron zich met snelheid v van de waarnemer verwijdert, volgt voor z:

z=\sqrt{\frac{c+v}{c-v}}-1=\sqrt{\frac{1+\frac vc}{1-\frac vc}}-1

Als de bron van het licht zich van de waarnemer af beweegt, dan ontstaat er een roodverschuiving (z > 0). In het andere geval ontstaat er een blauwverschuiving (z < 0). Als er geen relatieve beweging is, is er ook geen spectrale verschuiving (z = 0).

Voor snelheden v die veel kleiner zijn dan de lichtsnelheid c, geldt bij benadering voor de roodverschuiving:

z\approx\frac vc.

Kosmologische roodverschuiving[bewerken]

Fysische kosmologie
Een afbeelding van het heelal door het WMAP

De lichtspectra die op aarde worden ontvangen van de andere sterrenstelsels zijn verschoven ten opzichte van het lichtspectrum van de zon. De spectraallijnen van bijvoorbeeld waterstof zijn in het licht van verre sterrenstelsels verschoven naar het rode eind van het spectrum ten opzichte van de ligging van de spectraallijnen die hier op aarde aan waterstof wordt gemeten. De golflengte van deze spectraallijnen is langer geworden. Voor elk sterrenstelsel heeft deze verschuiving een andere waarde. Verreweg de meeste sterrenstelsels vertonen een roodverschuiving, een enkele andere vertoont een blauwverschuiving.

De waargenomen roodverschuiving wordt ook wel de kosmologische roodverschuiving z genoemd. Deze kosmologishe roodverschuiving z wordt gedefinieerd als het verschil tussen de golflengte van het licht zonder relatieve snelheid en de waargenomen golflengte van sterrenlicht.

Deze roodverschuiving kan verklaard worden door het dopplereffect: de oorzaak van de roodverschuiving is dat de verste sterrenstelsels zich met grote snelheid van de aarde af bewegen. Door het dopplereffect ontstaat dan de verschuiving van de frequentie van het licht.

Aan de hand van de grootte van de roodverschuiving kan de relatieve snelheid van de sterrenstelsel die zich op grote afstand van ons Melkwegstelsel bevinden worden berekend. Een van de aannames die hierbij gemaakt worden is gebaseerd op de relativiteitstheorie van Einstein, namelijk dat de lichtsnelheid gedurende de miljoenen jaren dat het sterrenlicht erover doet om de aarde te bereiken constant is gebleven.

De verst verwijderde sterrenstelsels hebben een kosmologische roodverschuiving z van ongeveer 5, wat betekent dat deze sterrenstelsels zich van de aarde weg bewegen met een snelheid van 95% van de lichtsnelheid. Hierdoor zou de afmeting van het heelal sinds het begin van het uitzenden van het licht toegenomen zijn met een factor z + 1 = 6, waardoor de golflengte van het licht mee is uitgerekt. (Deze beschrijving is een andere manier om het dopplereffect te beschrijven, namelijk op grond van de algemene relativiteitstheorie).

Vasthoudend aan deze hypothese kan de leeftijd van het heelal berekend worden, door de grootte van de roodverschuiving.

Theorie gebaseerd op roodverschuiving[bewerken]

De roodverschuiving zoals die bij sterrenstelsels wordt waargenomen vormt een van de onderbouwingen voor de oerknaltheorie, die de oorsprong van het universum probeert te beschrijven en te verklaren.