Redshift e Efeito Doppler

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O que é Redshift:

Bom, Redshift, por definição, é a alteração da frequência da luz quando é observada em função da velocidade relativa entre a fonte emissora e o receptor observador. Mas para entender essa definição, devemos dar uma olhada no que sabemos sobre ondas, e mais profundamente, sobre as eletromagnéticas.

Ondas:

As ondas podem ser classificadas em dois grupos de acordo com sua própria natureza.

Existem as mecânicas, que se propagam em meios materiais. E também existem as eletromagnéticas, que são geradas pela excitação do campo eletromagnético e não precisam de um meio material pra se propagar. As ondas, independentemente de serem mecânicas ou eletromagnéticas, têm características comuns, entre elas comprimento de onda, amplitude e frequência. Mas o que realmente nos interessa é a última, a frequência. Ela é basicamente o número de oscilações realizadas pela onda em determinada unidade de tempo. Se a unidade de tempo for o segundo, a unidade de frequência será o Hertz (Hz). Ou seja, se a onda oscilar dez vezes em um segundo, sua frequência será de dez Hertz.

A frequência das ondas eletromagnéticas pode variar muito. Acompanhem a explicação dando uma olhada no espectro eletromagnético. Conforme a frequência aumenta, as ondas vão tomando nomes diferentes: ondas de rádio, microondas, infravermelho, até chegarmos nessa mísera faixinha da luz visível. É só esse pedacinho do espectro que nós podemos enxergar. Mais acima nós temos o ultravioleta, raios x e raios gama. Tudo não passa do mesmo tipo de onda, por vezes tratado como partícula, o fóton, que vai ser assunto de futuros posts.

Espectro Eletromagnético.

Analisando mais firmemente a faixa de luz visível, nós podemos notar que as diferentes cores de luz são produtos das diferentes frequências de suas ondas. Aqui na imagem, as cores são acompanhadas de seus respectivos comprimento de onda, expressados em nanômetros (nm). Acontece que quanto maior for a frequência das ondas, menor será seu comprimento de onda. Então, os tons de azuis tem uma frequência maior do que os tons mais avermelhados.

Tá, mas, e o Redshift?

Pense numa estrela distante emitindo sua luz em nossa direção. Milhares de fótons viajam felizes e apressados em direção aos nossos olhos. Se nossa distancia em direção à estrela nesse período não variasse, nós veríamos a luz da estrela com sua verdadeira frequência. Mas, se nós estivéssemos nos afastando, a frequência da das ondas diminuiria, e então, com frequência mais baixa, ou comprimento de onda mais alto, a luz que chega até nós passa a mudar. Tomando um tom cada vez mais avermelhado. Esse é o efeito redshift. A diferença da cor da luz quando chega até nós. O efeito também pode acontecer quando a distancia diminui, mas aí a luz se desviará para tons de maiores frequências.

Qual é a Utilidade do Redshift?

O efeito Redshift serviu para Edwin Hubble verificar o afastamento das galáxias, fazendo-o, mais tarde, concluir que o universo estava se expandindo.

Esse efeito ainda é muito usado por astrônomos para medir a velocidade de afastamentos de corpos luminosos relativo a nós e é usado ainda para verificarmos a velocidade de expansão do universo. Além de tudo isso, o desvio para o vermelho, como também é chamado, ajuda também na medição da idade do universo. A radiação cósmica de fundo, uma das mais fortes evidencias da Teoria do Big Bang, é entendida graças à compreensão desse efeito.

Efeito Doppler:

No entanto, as ondas eletromagnéticas não são as únicas que mudam de frequência quando a velocidade relativa entre o emissor e o observador varia. As ondas mecânicas, citadas no início do post, também sofrem dessa mudança de frequência. Mas com esse tipo de onda, dizemos que o que o que entra em ação é o efeito Doppler.

As ondas mecânicas são perturbações que ocorrem em meios materiais. Como o som, onde o ar é perturbado, ou, como as ondas de um lago.

O exemplo clássico é o da ambulância: você, um cidadão comum, está atravessando a rua para ir para o trabalho, mas vê que uma ambulância se aproxima muito rapidamente, você se atenta ao som dela. Quanto mais próxima de você ela chega, mais agudo fica o som, porque as ondas sonoras estão aumentando de frequência, conforme se aproximam, suas ondas na frente ficam comprimidas. Já quando ela está se afastando, as ondas aparentemente perdem frequência, e assim, o som fica mais grave.

Caso queira conferir a versão em vídeo deste post, assista:

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