Hay tres tipos diferentes de corrimientos al rojo que podemos encontrar en el Universo. Estos son ‘Gravitacional’, ‘Doppler’ y ‘Cosmológico’. Antes de observar los ejemplos, es mejor darle una mirada a estos tres tipos de corrimientos al rojo para que podamos entender mejor qué está sucediendo.
Corrimiento al Rojo Gravitacional
El corrimiento al rojo gravitacional, es el enrojecimiento de la luz mientras escapa del pozo gravitacional en el espacio tiempo. Para nosotros, no es algo que notemos repentínamente. No vemos a la luz volverse rojiza al reflejarse en la cara de tu amigo, y si, tus zapatillas son rojas en realidad…No es el corrimiento al rojo engañándote. Para dar una ilustración basada en la vida cotidiana del corrimiento al rojo gravitacional vamos a echar un vistazo a los años ’60, en donde el primer y mayor experimento de la gravedad sobre fotones fue realizado para probar la teoría de la relatividad general. Este experimento fue hecho en la Universidad de Harvard y es conocido como el ‘Harvard Tower Test’ (o el experimento de Pound-Rebka). Tal como el nombre lo sugiere, fue hecho en una torre de la Universidad de Harvard. Si, los científicos juntos son muy imaginativos.
La idea fue usar un isótopo del Hierro (Fe57 para ser exacta). Ya que los átomos tienen una absorción y emisión de líneas exacta, lo que se esperaba que sucediera era que el corrimiento al rojo gravitacional cambiara al fotón emitido entonces no podría ser absorbido por el Fe57. El Fe57 fue puesto al nivel del suelo y luego un detector de Fe57 fue puesto a una altura de 22,6 metros en la cima de la torre. El emisor fue efectivamente “zangoloteado” de modo que el cambio de velocidad podría ser determinado sobre la distancia. El mismo experimento fue luego alternado para que el detector estuviese a nivel del suelo y el emisor en la cima de la torre, esto fue hecho así para reducir errores lo máximo posible.
Corrimiento Doppler:
El corrimiento Doppler es el cambio de longitud de onda debido al movimiento relativo de un objeto; esto puede ser visto inclusive tanto en el corrimiento al rojo como en el corrimiento al azul, dependiendo de la dirección del movimiento. Un corrimiento al azul se produce si el objeto se acerca e inversamente, cuando el objeto se aleja, se produce el corrimiento al rojo. Un modo de entender qué causa el corrimiento Doppler, es mirar a la ecuación – o mejor aún, la derivación – que puede ser llevada a cabo cuando los fotones ni si quiera son considerados como una onda. Para la derivación completa, mira el Capítulo 8 de ‘La Teoría de la Relatividad de Einstein versus Mecánica Clásica’ de Paul Marmet.
La ecuación final terminó como: f(final)= f(initial)*(1-v/c)
Esta ecuaciones son usadas para objetos que se están alejando de nosotros – es decir, un corrimiento al rojo. La importancia de la derivación que conduce a la ecuación anterior es que explica porqué ocurre el corrimiento al rojo: Una pérdida de energía, ya que transfiere su energía cinética al átomo en movimiento que ha emitido.
El corrimiento Doppler ha sido usado, en el pasado, para determinar la velocidad rotatoria de Júpiter. Esto puede ser hecho ahora por un astrónomo amateur con el uso de un espectrógrafo que puede simplemente ser comprado online. Un tutorial de Shelyak Instruments muestra como determinar la velocidad rotacional con algunos de sus equipos, qué se puede lograr y una breve descripción de lo que se hace. Se mide el espectro de ambos lados de Júpiter, y debido a la rotación, uno lado de Júpiter está moviéndose hacia nosotros y el otro lado está alejándose de nosotros. Si puedes conseguir una medición exacta del espectro, el cambio observado en él es el corrimiento Doppler. Usando la ecuación, la velocidad rotacional puede ser calculada ¡y allá vamos!
Corrimiento al Rojo Cosmológico:
El corrimiento al rojo cosmológico es el más interesante de los tres porque no tiene nada que ver con la masa del objeto que emite la luz o su movimiento relativo a través del Universo. El corrimiento al rojo cosmológico es un subproducto de la distancia sola. Para nosotros en la Tierra, esto puede ser una idea difícil de comprender. Una buena razón por esto es que mi radio continúa funcionando mientras yo conduzco a través del estado. Si la señal de la radio se corriera al rojo sobre la distancia, entonces mi señal de radio debería cortarse, no debido a la baja potencia de la señal, sino porque me estoy alejando del transmisor.
En pocas palabras, el Universo está en expansión y esta expansión se ensancha – lo que produce un enrojecimiento de la luz a medida que recorre las vastas distancias a través del Universo. La cantidad de corrimiento al rojo causado por el corrimiento al rojo cosmológico es usualmente bastante menor para astrónomos amateurs, ya que generalmente no podemos ver tan lejos en el distante Universo. No es tan sorprendente, sin embargo, que el corrimiento al rojo z=1 de las galaxias se haya convertido virtualmente invisible en longitudes de onda ópticas (esto es estrictamente así), siendo esto el límite absoluto para un astrónomo amateur astrónomo amateur en longitudes de onda ópticas.
La expansión cosmológica es una aceleración de ~72km/s/Mpc, es decir que por cada Mega parsec de distancia, el espacio está retrocediendo a 72km/s. Usando toda la información anterior podemos deducir los tipos de corrimientos al rojo experimentados por dos objetos estelares diferentes.
Una estrella cercana.
Un quásar distante.
Entonces primero echemos un vistazo a una estrella cercana. Ya que una estrella es parecida a otra, podemos usar a nuestro Sol como ejemplo. Éste, tan pequeño como se lo ve, tiene un pequeño corrimiento al rojo gravitacional que hemos sido capaces de detectar: un simple 0,633 km/s. Es cuando empezamos a mirar a las estrellas como a una enana blanca cuyo corrimiento al rojo gravitacional se hace mayor…
¡Mucho mayor! De 0,633 km/s a 30-40 km/s
Entonces sabemos que una estrella tiene un corrimiento al rojo gravitacional, incluso una pequeña como la nuestra. Como todas las estrellas rotan, también sabemos que podría tener un corrimiento doppler, corrimiento al rojo en un lado de la estrella y corrimiento al azul del otro lado, al igual que lo que se discutió con Júpiter. En cuanto al corrimiento al rojo cosmológico, solo hace una diferencia apreciable sobre grandes y vastas distancias.
¿Y qué sucede con un quásar distante? Un estudio sugiere que a pesar de que el corrimiento al rojo gravitacional tiene un efecto en el momento que la luz empieza a ser emitida por éste, la cantidad de corrimiento al rojo no es demasiado importante. Ya que un quásar está potenciado por un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia, el quásar es el disco de acreción y no el agujero negro en sí mismo. Debido a eso es entendible que la gravedad quizá no pueda causar una cantidad considerable de corrimiento al rojo.
Con un corrimiento doppler, sin embargo, podemos observar la velocidad rotacional. En un quásar, esto podría ser mucho más considerable, ya que un quásar pareciera rotar demasiado rápido, o al menos en el centro. Aunque, a la distancia en donde se encuentran los quásares, detectar la velocidad rotacional física de un lado del disco de acreción no es verdaderamente práctico - es un objeto muy pequeño, muy brilloso y demasiado lejano. .
A pesar de que ambos, corrimiento al rojo gravitacional y corrimiento Doppler, parecen tener muy poca influencia en la totalidad del corrimiento al rojo de un quásar, es predominantemente una causa cosmológica.
Desde los dos ejemplos podemos ver que cada objeto masivo tiene un corrimiento al rojo detectable, y que nuestro sol tiene uno pequeño aunque detectable. Si se mueve, tiene un corrimiento doppler. Esto es lo que se usa más de una vez en la vida cotidiana, cámaras de velocidad y similares. El corrimiento al rojo cosmológico no es evidente hasta que miramos afuera de nuestra galaxia – la gravedad es mucho más fuerte y las distancias no son lo suficientemente grandes como para que tenga un efecto notable. No te preocupes, el Universo no se expandirá de un modo en el que te estires hasta separarte. ¡Al menos no todavía!
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