Crveni pomak

U fizici, crveni pomak () porast je talasne dužine, ili ekvivalentno, smanjenje frekvencije elektromagnetnog zračenja (kao što je svjetlost), uzrokovan raznim efektima kada se izvor zračenja udaljava ili prisustvom vrlo jakog gravitacijskog polja. Izražava se omjerom promjene valne dužine i same valne dužine (z=Δλ/λ). Pojam crveni pomak veoma je bitna astrofizička veličina. Koristi se kod velikih udaljenosti (obično galaksija) u svemiru zbog jednostavnijeg izražavanja. Što je on veći, toliko je objekat dalji, a time i stariji. Crveni pomak je veličina koja pokazuje i starost svemira.
Suprotna promjena, smanjenje talasne dužine i povećanje frekvencije i energije, poznata je kao plavi pomak.

U astronomiji i kosmologiji se javljaju tri oblika crvenog pomaka: Dopplerov crveni pomak zbog relativnog kretanja izvora zračenja, gravitacijski crveni pomak kada zračenje izlazi iz gravitacijskih potencijala i kosmološki crveni pomak uzrokovan širenjem svemira. U astronomiji, vrijednost crvenog pomaka se često označava slovom z, što odgovara frakcijskoj promjeni talasne dužine (pozitivno za crvene pomake, negativno za plave pomake), i odnosom talasnih dužina 1 + z (koji je veći od 1 za crvene pomake i manji od 1 za plave pomake). Automatizovana astronomska istraživanja crvenog pomaka su važan alat za učenje o strukturi svemira na velikim skalama. Crveni i plavi pomak se također mogu povezati s energijom fotona i, putem Planckovog zakona, s odgovarajućom temperaturom crnog tijela.

Primjeri jakog crvenog pomaka su gama zrak koji se percipira kao rendgenski zrak ili vidljiva svjetlost koja se inicijalno percipira kao radio talasi. Početno zračenje od 3000 kelvina (K) iz Velikog praska se crveno pomaknulo daleko niže i postalo kosmička mikrovalna pozadina od 3 K. Suptilniji crveni pomaci se vide u spektroskopskim posmatranjima astronomskih objekata i koriste se u zemaljskim tehnologijama kao što su Doppler radar i radarski topovi. Gravitacijski talasi, koji se također kreću brzinom svjetlosti, podložni su istim fenomenima crvenog pomaka.Ding, Qianhang (August 2021). "Detectability of primordial black hole binaries at high redshift". Physical Review D. 104 (4) 043527. id. 043527. arXiv:2011.13643. Bibcode:2021PhRvD.104d3527D. doi:10.1103/PhysRevD.104.043527.

Postoje i drugi fizički procesi koji mogu dovesti do promjene frekvencije elektromagnetnog zračenja, uključujući raspršenje i optičke efekte; međutim, rezultirajuće promjene se razlikuju od (astronomskog) crvenog pomaka i uglavnom se ne nazivaju tako.

 Koncept 
Pomoću teleskopa i spektrometra može se izmjeriti promjena intenziteta zvjezdane svjetlosti s frekvencijom. Dobiveni spektar može se u laboratoriji na Zemlji uporediti sa spektrom vrućih plinova koji se očekuju u zvijezdama, poput vodika.
Crveni pomak (i ​​plavi pomak) mogu se karakterisati relativnom razlikom između opaženih i emitovanih valnih dužina (ili frekvencije) objekta. U astronomiji je uobičajeno da se ova promjena naziva bezdimenzionalnom veličinom koja je imenovana kao z.

Dopplerovi efekti plavog pomaka (z < 0) povezani su s objektima koji se približavaju (kreću bliže) posmatraču, pri čemu se svjetlost pomiče prema većim energijama. Suprotno tome, Dopplerovi efekti crvenog pomaka (z > 0) povezani su s objektima koji se udaljavaju od posmatrača, pri čemu se svjetlost pomiče prema nižim energijama. Slično tome, gravitacioni plavi pomaci povezani su sa svjetlošću emitovanom iz izvora koji se nalazi unutar slabijeg gravitacionog polja, dok se gravitacioni crveni pomak odnosi na suprotne uslove.

 Historija 
Historija ove teme započela je u XIX vijeku, razvojem klasične mehanike talasa i istraživanjem fenomena povezanih s Dopplerovim efektom. Efekat je nazvan po austrijskom matematičaru Christianu Doppleru, koji je 1842. godine ponudio prvo poznato fizičko objašnjenje za ovaj fenomen.Doppler, Christian (1846). Beiträge zur Fixsternenkunde [Contributions to fixed-star science] (in German). Vol. 69. Prague: G. Haase Söhne. Bibcode:1846befi.book.....D. Godine 1845. godine, hipotezu je testirao i potvrdio holandski naučnik Christophorus Buys Ballot za zvučne talase.Maulik, Dev (2005). "Doppler Sonography: A Brief History". In Maulik, Dev; Zalud, Ivica (eds.). Doppler Ultrasound in Obstetrics And Gynecology. Springer. ISBN 978-3-540-23088-5. Doppler je ispravno predvidio da će se fenomen primjenjivati ​​na sve talase i, posebno, sugerisao da se različite boje zvijezda mogu pripisati njihovom kretanju u odnosu na Zemlju.O'Connor, John J.; Robertson, Edmund F. (1998). "Christian Andreas Doppler". MacTutor History of Mathematics archive. University of St Andrews.

Ne znajući za Dopplerov rad, francuski fizičar Hippolyte Fizeau je 1848. godine predložio da se pomak spektralnih linija zvijezda može koristiti za mjerenje njihovog kretanja u odnosu na Zemlju. Godine 1850. François-Napoléon-Marie Moigno analizirao je i Dopplerove i Fizeauove ideje u publikaciji koju su pročitali James Clerk Maxwell i William Huggins, koji su se u početku držali ideje da je boja zvijezda povezana s njihovom hemijskom strukturom, međutim, do 1868. godine, Huggins je prvi odredio brzinu zvijezde koja se udaljava od Zemlje analizom spektralnih pomaka.Huggins, William (1868). "Further Observations on the Spectra of Some of the Stars and Nebulae, with an Attempt to Determine Therefrom Whether These Bodies are Moving towards or from the Earth, Also Observations on the Spectra of the Sun and of Comet II". Philosophical Transactions of the Royal Society of London. 158: 529–564. Bibcode:1868RSPT..158..529H. doi:10.1098/rstl.1868.0022.

Godine 1871. optički crveni pomak je potvrđen kada je fenomen uočen u Fraunhoferovim linijama, koristeći rotaciju Sunca, oko 0,1 Å u crvenom području.Nolte, David D. (1 March 2020). "The fall and rise of the Doppler effect". Physics Today. 73 (3): 30–35. Bibcode:2020PhT....73c..30N. doi:10.1063/PT.3.4429. Godine 1887., Hermann Carl Vogel i Julius Scheiner otkrili su "godišnji Dopplerov efekat", godišnju promjenu Dopplerovog pomaka zvijezda koje se nalaze blizu ekliptike, zbog orbitalne brzine Zemlje.Pannekoek, A. (1961). A History of Astronomy. Interscience. p. 451. Godine 1901. Aristarkh Belopolsky je u laboratoriji potvrdio optički crveni pomak koristeći sistem rotirajućih ogledala.Bélopolsky, A. (1901). "On an Apparatus for the Laboratory Demonstration of the Doppler-Fizeau Principle". Astrophysical Journal. 13: 15. Bibcode:1901ApJ....13...15B. doi:10.1086/140786.

Počevši s opažanjima 1912. godine, Vesto Slipher je otkrio da galaksija Andromeda ima plavi pomak, što ukazuje na to da se kreće prema Zemlji. Slipher je prvi put objavio svoje mjerenje u prvom tomu Lowell Observatory Bulletina. Tri godine kasnije, napisao je recenziju u časopisu Popular Astronomy. U njoj je naveo da je "rano otkriće da velika spirala Andromede ima izuzetnu brzinu od -300 km[/s] pokazalo tada dostupna sredstva, sposobna za istraživanje ne samo spektra spirala već i njihovih brzina." Slipher je izvijestio o brzinama za 15 spiralnih maglina raširenih po cijeloj nebeskoj sferi, a sve osim tri imale su uočljive "pozitivne" (tj. recesione) brzine.

Do 1923. godine priroda maglina nije bila jasna. Do te godine Edwin Hubble je utvrdio da su to galaksije i razradio postupak za mjerenje udaljenosti na osnovu odnosa perioda i luminoznosti promjenjivih cefeida. Ovo je omogućilo testiranje predviđanja Willema de Sittera iz 1917. godine da će crveni pomak biti u korelaciji s udaljenošću.

Godine 1929. Edwin Hubble uspio je 1929. dokazati da se veoma daleke galaksije se udaljavaju, kombinovao je svoje procjene udaljenosti s podacima o crvenom pomaku iz Slipherovih izvještaja i mjerenjima Miltona Humasona kako bi izvijestio o približnom odnosu između crvenog pomaka i udaljenosti, rezultat koji se sada naziva Hubbleov zakon.Hubble, Edwin (1929). "A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae". Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 15 (3): 168–173. Bibcode:1929PNAS...15..168H. doi:10.1073/pnas.15.3.168. PMC 522427. PMID 16577160. Tada je posmatrao 18 galaksija, ali je kasnije s većim brojem posmatranja potvrđena Hubbleova pretpostavka. Do 400 MPc z iznosi manje od 0,1 preko 400 MPc se gubi linearnost. Uzroci crvenog pomaka su stalno širenje (ekspanzija) Svemira, radijalna brzina, vlastito kretanje. Iako se neki objekti nama približavaju, kao npr. galaksija Andromeda (plavi pomak), najveći dio se udaljava.RotverschiebungSpektrum Lexikon der Astronomie, pristupljeno 24.8.2015 

 Također pogledajte 
 Dopplerov efekt
 Plavi pomak
 Hubbleov zakon

 Napomene 

Reference

Kategorija:Astronomska spektroskopija
Kategorija:Dopplerovi efekti
Kategorija:Efekti gravitacije
Kategorija:Fizička kosmologija
Kategorija:Fizikalne veličine
Kategorija:Koncepti u astronomiji