Kırmızıya kaymalar gökbilimcilere ne söylüyor?

Gökbilimciler , evrenin nasıl genişlediğini ölçmek ve böylece evrenimizin en uzak (ve dolayısıyla en eski) nesnelerine olan mesafeyi belirlemek için kırmızıya kaymaları kullanırlar . kırmızıya kayma nedir? Bu genellikle, ambulans sireninin size doğru gelmesiyle karşılaştırılır, ambulans sizi geçip sonra sizden uzaklaştıkça perdeden düşer. Ambulansın sesindeki bu değişiklik, Doppler etkisi denen şeyden kaynaklanmaktadır . Bu iyi bir karşılaştırma çünkü hem ses hem de ışık, hava ve uzaydaki hareketlerinden etkilenen dalgalar halinde yayılıyor.
Ses havada ancak çok hızlı hareket edebilir; ses saatte yaklaşık 750 mil (1.200 kilometre) hızla hareket eder.

Bir ambulans ileri atılıp sirenini çalarken, ambulansın önündeki ses dalgaları birbirine karışır. Bu sırada ambulansın arkasındaki ses dalgaları etrafa yayılır. Bu, ses dalgalarının frekansının ambulansın önünde daha yüksek ( belirli bir süre boyunca dinleyicinin kulağına daha fazla ses dalgası çarpacaktır) ve arkasında daha düşük (belirli bir süre boyunca dinleyicinin kulağına daha az ses dalgası çarpacaktır) anlamına gelir. zaman). Beyinlerimiz olarak ses dalgalarının frekansı değişiklikleri yorumlamak sahada değişim .

Ses gibi, ışık da sabit bir hızla hareket eden bir dalgadır: saniyede 186.000 mil (300.000 km) veya saatte yaklaşık bir milyar kilometre. Bu nedenle ışık, ses ile benzer kurallara göre oynar.
Ancak ışık durumunda, dalga frekansındaki değişiklikleri perdedeki değişiklikler olarak değil, renkteki değişiklikler olarak algılarız.

Örneğin, bir ampul uzayda çok hızlı hareket ederse, ışık size yaklaştıkça mavi görünür ve geçtikten sonra kırmızı olur. Kırmızıya kaymalar Işık frekansındaki bu kadar küçük değişiklikleri ölçmek, gökbilimcilerin evrendeki her şeyin hızını ve dolayısıyla mesafesini ölçmesine olanak tanır! Bu doğru çünkü bir nesne bizden ne kadar hızlı uzaklaşırsa o kadar uzaklaşır.

Bu nedenle, genişleyen evrenimizde hız ölçümü, mesafe ölçümüne dönüşür.

Sayfada Ne Var.

İşte son bir örnek. Astronomlar erken Ocak 2020 yılında söz konusu en uzak olduğu kuasarı şu anda bilinen – Kuasar J0313-1806 – bir rekor kırmızıya kayma vardır z = 7.64 . Gökbilimcilerin kırmızıya kayma yorumlarına göre, Büyük Patlama’dan sadece 670 milyon yıl sonra veya daha fazla bir süre sonra, süper kütleli bir kara delikten güç aldığı düşünülen erken evrende oldukça parlak bir gökada çekirdeği olan kuasar J0313-1806’yı görüyoruz. 13 milyar ışıkyılı uzaklıkta.

Veya çok parlak bir kuasar değil, daha da uzaktaki bir nesneyi düşünün, bunun yerine erken evrendeki normal bir galaksiyi düşünün. GN-z11 , Büyük Ayı takımyıldızı yönünde bulunan yüksek kırmızıya kaymalı bir gökadadır. GN-z11 şu anda gözlemlenebilir evrendeki bilinen en eski ve en uzak gökadadır ve kırmızıya kayması z = 11.09’dur. Bu kırmızıya kayma, 13.4 milyar ışıkyılı mesafeye tekabül ediyor. Kırmızıya kaymalar Bu nesneyi 13.4 milyar yıl önce, Büyük Patlama’dan sadece 400 milyon yıl sonra olduğu gibi görüyoruz.

Tabii ki, bu ölçümleri yapmak, “o yıldız olması gerekenden daha kırmızı görünüyor” demekten biraz daha zor. Bunun yerine gökbilimciler , yıldız ışığı spektrumundaki işaretçileri kullanırlar . Bu spektroskopi çalışmasıdır . Bir prizmadan bir el feneri demeti geçirirseniz, diğer taraftan bir gökkuşağı çıkar. Ancak el feneri ve prizma arasına hidrojen gazıyla dolu şeffaf bir kap koyarsanız, pürüzsüz renk gökkuşağında ışığın tam anlamıyla kaybolduğu yerlerde boşluklar belirir.

Hidrojen Atomları

Hidrojen atomları, ışığın çok özel frekanslarını emmek üzere ayarlanmıştır. Gazın içinden birçok renkten oluşan bir ışık demeti geçtiğinde, bu frekanslar ışından çıkarılır – emilir. Gökkuşağı, astronomların soğurma çizgileri dediği şeylerle dolup taşar . Hidrojeni helyum ile değiştirin ve tamamen farklı bir soğurma çizgisi modeli elde edin. Her atom ve molekülün, gökbilimcilerin uzak yıldızların ve galaksilerin kimyasal yapısını ortaya çıkarmasına izin veren belirgin bir absorpsiyon parmak izi vardır.

Yıldız ışığını bir prizmadan (veya kırınım ızgaraları gibi teleskoplar için uygun benzer bir cihazdan ) geçtiğimizde, hidrojen, helyum, sodyum ve benzerlerinden oluşan bir soğurma çizgileri ormanı görürüz. Bununla birlikte, eğer o yıldız bizden uzaklaşıyorsa, tüm bu soğurma çizgileri bir Doppler kaymasına uğrar ve gökkuşağının kırmızı kısmına doğru hareket eder. Buna kırmızıya kayma diyoruz . Kırmızıya kaymalar Bize doğru gelen yıldızlar için tam tersi olur ve çizgiler tayfın mavi ucuna doğru kayar; onlar maviye kaymıştır (genellikle, gökbilimciler kırmızıya kayma terimini işleri basitleştirmek için kullanırlar ve eğer maviye kayma ise önüne negatif bir işaret koyarlar).

Gökbilimciler, çizgilerin spektrumda olması gereken yerden ne kadar uzakta olduğunu ölçerek, bir yıldızın veya bir galaksinin Dünya’ya göre hızını ve hatta bir galaksinin nasıl döndüğünü hesaplayabilir: biri için farklı bir kırmızıya kayma ölçerek Galaksinin diğer tarafıyla karşılaştırıldığında, hangi tarafın sizden uzaklaştığını ve hangi tarafının size doğru hareket ettiğini görebilirsiniz.

Bu araçla, evrenin hareketi ortaya çıkar ve bir dizi yeni soru araştırılabilir.

Kırmızıya kaymalarla incelenebilecek tek şey galaksiler değil. Gökbilimciler, uzaktaki bir gezegenin ana yıldızı üzerindeki incelikli çekişini ortaya çıkarmayı öğrendiler ve böylece gezegeni gökbilimcilere ifşa ettiler. Samanyolu galaksimizdeki bir yıldızın gizli bir gezegeni varsa – ve gökbilimciler yıldızın bazen hafif bir kırmızıya, bazen de hafif bir maviye kayma gösterdiğini görürlerse – gökbilimciler, yıldızın bize doğru ve bizden uzaklaşma arasında gidip geldiği sonucuna varırlar. Kırmızıya kaymalar Bu harekete, yıldızın uzayda “yalpalaması” olarak atıfta bulunurlar. Yıldızı çeken ve sallanmasına neden olan bir şey olmalı. Bir gökbilimci, absorpsiyon çizgilerinin ne kadar kaydığını ölçerek, görünmez yoldaşın kütlesini ve yıldıza olan mesafesini belirleyebilir ve bir gezegenin yıldızın etrafında yörüngede olduğu sonucuna varabilir!

Kırmızıya kaymalar, başka dünyalar bulmanın yanı sıra, 20. yüzyılın en önemli keşiflerinden birine de yol açtı. 1910’larda Lowell Gözlemevi’ndeki ve başka yerlerdeki gökbilimciler, neredeyse her galaksiden gelen ışığın kırmızıya kaydığını fark ettiler. Evrendeki çoğu galaksi bizden hızla uzaklaşıyordu! Aynı zamanda rahip olan Belçikalı bir bilim adamı olan Georges Lemaître , galaksilerin durgunluk hızlarının şaşırtıcı bir gerçekle açıklanabileceğini fark etti: Evren genişliyor! Kırmızıya kaymalar 1929’da Amerikalı astronom Edwin Hubble, kırmızıya kaymaları galaksilerin uzaklık tahminleriyle eşleştirdi ve dikkate değer bir şeyi ortaya çıkardı: Bir galaksi ne kadar uzaktaysa, o kadar hızlı uzaklaşıyor. Bu ilişki, Hubble yasası, oldu Uluslararası Astronomi Birliği tarafından 2018 yılında değiştirildi içinHubble-Lemaitre yasası .

Kozmolojik kırmızıya kayma olarak bilinen şey, Big Bang teorisinin ilk parçasıydı ve nihayetinde evrenimizin kökeninin bir tanımıydı.

En uzak astronomik nesnelerin listesi, gökbilimciler gözlemlenebilir evrenin eşiğinde daha yüksek ve daha yüksek kırmızıya kayan nesneler buldukça sürekli değişiyor. Galaksiler, kuasarlar ve hatta gama ışını patlamaları, kozmos boyunca çağlar boyunca seyahat eder. Soluk kırmızı ışıklarını verir ve evrenin sırlarından biraz daha fazlasını açığa çıkarır.

Alt satır: Kırmızıya kayma, uzaydaki bir nesnenin (yıldız/gezegen/galaksi) bize kıyasla nasıl hareket ettiğini ortaya çıkarır. Gökbilimcilerin evrenimizdeki en uzak (ve dolayısıyla en eski) nesneler için bir mesafeyi ölçmesine olanak tanır.