Redshift e Blueshift são usados pelos astrônomos para descobrir a que distância um objeto está da Terra.

Redshift e blueshift descrevem como a luz muda para comprimentos de onda mais curtos ou mais longos à medida que objetos no espaço (como estrelas ou galáxias) se aproximam ou se afastam de nós. Crédito da imagem: oxigênio via Getty Images

Redshift e blueshift descrevem a mudança na frequência de uma onda de luz dependendo se um objeto está se aproximando ou se afastando de nós. Quando um objeto está se afastando de nós, a luz do objeto é conhecida como redshift, e quando um objeto está se movendo em nossa direção, a luz do objeto é conhecida como blueshift. 

Os astrônomos usam redshift e blueshift para deduzir o quão longe um objeto está da Terra, o conceito é a chave para mapear a expansão do universo. 

Para entender o desvio para o vermelho (redshift) e o desvio para o azul (blueshift), primeiro, você precisa lembrar que a luz visível é um espectro de cores, cada um com um comprimento de onda diferente. De acordo com a NASA, o violeta tem o comprimento de onda mais curto, em torno de 380 nanômetros, e o vermelho, o mais longo, em torno de 700 nanômetros. Quando um objeto (por exemplo, uma galáxia) se afasta de nós, ele é 'deslocado para o vermelho', pois o comprimento de onda da luz é 'esticado', de modo que a luz é vista como 'deslocada' para a extremidade vermelha do espectro, de acordo com a ESA.

REDSHIFT, BLUESHIFT E O EFEITO DOPPLER

O conceito de redshift e blueshift está intimamente relacionado ao efeito Doppler, que é uma aparente mudança na frequência das ondas sonoras para os observadores, dependendo se a fonte está se aproximando ou se afastando deles, de acordo com o site educacional The Physics Classroom. Os efeitos Doppler foram descritos pela primeira vez pelo físico austríaco Christian Doppler em 1842 e muitos de nós experimentamos o efeito Doppler em primeira mão quase todos os dias sem perceber. 

Todos nós já ouvimos como uma sirene muda quando um carro de polícia passa correndo, com uma sirene alta na aproximação, mudando para um tom mais baixo à medida que o veículo se afasta. Esta aparente mudança de tom para o observador é devido às ondas sonoras efetivamente se agrupando ou se espalhando. É tudo relativo, pois a frequência da sirene não muda. À medida que o carro da polícia viaja em sua direção, o número de ondas é comprimido em uma distância decrescente, esse aumento na frequência das ondas sonoras que você ouve faz com que o tom pareça mais alto. Enquanto a ambulância passa por você e se afasta, as ondas sonoras se espalham por uma distância crescente, reduzindo a frequência que você ouve, de modo que o tom parece mais baixo.

Este princípio do efeito Doppler se aplica tanto à luz quanto ao som.

Crédito da imagem: How It Works magazine/Future PLC.

O astrônomo americano Edwin Hubble (que dá nome ao Telescópio Espacial Hubble) foi o primeiro a descrever o fenômeno do desvio para o vermelho e vinculá-lo a um universo em expansão. Suas observações, reveladas em 1929, mostraram que quase todas as galáxias que ele observou estão se afastando, segundo a NASA.

“Esse fenômeno foi observado como um desvio para o vermelho do espectro de uma galáxia”, escreveu a NASA. "Esse desvio para o vermelho parecia ser maior para galáxias fracas, presumivelmente mais distantes. Portanto, quanto mais distante uma galáxia, mais rápido ela está se afastando da Terra."

As galáxias estão se afastando da Terra porque o próprio tecido do espaço está se expandindo. Enquanto as próprias galáxias estão em movimento, a Galáxia de Andrômeda e a Via Láctea, por exemplo, estão em rota de colisão, há um fenômeno geral de redshift acontecendo à medida que o universo fica maior.

Os termos redshift e blueshift se aplicam a qualquer parte do espectro eletromagnético, incluindo ondas de rádio, infravermelho, ultravioleta, raios X e raios gama. Assim, se as ondas de rádio são deslocadas para a parte ultravioleta do espectro, diz-se que são deslocadas para o azul ou deslocadas para as frequências mais altas. Raios gama desviados para ondas de rádio significariam uma mudança para uma frequência mais baixa ou um desvio para o vermelho. 

O desvio para o vermelho de um objeto é medido examinando as linhas de absorção ou emissão em seu espectro. Essas linhas são únicas para cada elemento e sempre têm o mesmo espaçamento. Quando um objeto no espaço se aproxima ou se afasta de nós, as linhas podem ser encontradas em comprimentos de onda diferentes de onde estariam se o objeto não estivesse se movendo (em relação a nós).

TRÊS TIPOS DE REDSHIFT

Pelo menos três tipos de redshift ocorrem no universo, da expansão do universo, do movimento das galáxias em relação umas às outras e do “redshift gravitacional”, que acontece quando a luz é deslocada devido à enorme quantidade de matéria dentro de uma galáxia.

Este último desvio para o vermelho é o mais sutil dos três, mas em 2011 os cientistas conseguiram identificá-lo em uma escala do tamanho do universo. Os astrônomos fizeram uma análise estatística de um grande catálogo conhecido como Sloan Digital Sky Survey e descobriram que o redshift gravitacional acontece, exatamente de acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein. Este trabalho foi publicado em um artigo da Nature.

"Temos medições independentes das massas dos aglomerados, para que possamos calcular qual é a expectativa de desvio para o vermelho gravitacional com base na relatividade geral", disse o astrofísico da Universidade de Copenhague Radek Wojtak na época. "Concorda exatamente com as medições desse efeito."

A primeira detecção do desvio gravitacional para o vermelho ocorreu em 1959, depois que os cientistas o detectaram ocorrendo na luz de raios gama que emana de um laboratório baseado na Terra. Antes de 2011, também foi encontrado no sol e em anãs brancas próximas, ou as estrelas mortas que permanecem depois que estrelas do tamanho do sol cessam a fusão nuclear no final de suas vidas.

COMO O REDSHIFT AJUDA OS ASTRÔNOMOS?

O redshift ajuda os astrônomos a comparar as distâncias de objetos distantes. Em 2011, os cientistas anunciaram que viram o objeto mais distante já visto, uma explosão de raios gama chamada GRB 090429B, que emanou de uma estrela em explosão. Na época, os cientistas estimaram que a explosão ocorreu há 13,14 bilhões de anos. Em comparação, o Big Bang ocorreu há 13,8 bilhões de anos.

A galáxia mais distante conhecida é GN-z11. Em 2016, o Telescópio Espacial Hubble determinou que existia apenas algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Os cientistas mediram o desvio para o vermelho da GN-z11 para ver o quanto sua luz foi afetada pela expansão do universo. O redshift da GN-z11 foi de 11,1, muito maior do que o próximo redshift mais alto de 8,68 medido na galáxia EGSY8p7. 

 Os cientistas podem usar o redshift para medir como o universo está estruturado em larga escala. Um exemplo disso é a Grande Muralha Hércules-Corona Boreal; a luz leva cerca de 10 bilhões de anos para atravessar a estrutura. O Sloan Digital Sky Survey é um projeto de redshift em andamento que está tentando medir os redshifts de vários milhões de objetos. A primeira pesquisa de redshift foi a CfA RedShift Survey, que completou sua primeira coleta de dados em 1982.

Um campo emergente de pesquisa diz respeito a como extrair informações de redshift de ondas gravitacionais, que são distúrbios no espaço-tempo que acontecem quando um corpo massivo é acelerado ou perturbado. (Einstein sugeriu pela primeira vez a existência de ondas gravitacionais em 1916, e o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser (LIGO) as detectou diretamente em 2016). Como as ondas gravitacionais carregam um sinal que mostra sua massa desviada para o vermelho, extrair o desvio para o vermelho disso requer algum cálculo e estimativa, de acordo com um artigo de 2014 na revista revisada por pares Physical Review X. 

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RECURSOS ADICIONAIS

Saiba mais sobre o efeito Doppler com a NASA e explore o efeito Doppler Shift com a Universidade da Califórnia, em Los Angeles. Você também pode ler sobre as características das ondas no site educacional BBC Bitesize.  

BIBLIOGRAFIA

• Mensageiro, Chris, et al. "Fonte redshifts de observações de ondas gravitacionais de fusões de estrelas de nêutrons binárias." Revisão Física X 4.4 (2014): 041004. 
• Zaslavskii, OB "Redshift/blueshift dentro do buraco negro de Schwarzschild". Relatividade Geral e Gravitação 52.4 (2020): 1-19. 
• Wojtak, Radoslaw, Steen H. Hansen e Jens Hjorth. "Redshift gravitacional de galáxias em aglomerados como previsto pela relatividade geral". Nature 477.7366 (2011): 567-569.

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Referência:

HOWELL, Elizabeth; DOBRIJEVIC, Daisy. Redshift and blueshift: What do they mean? Space, 14, jan. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/25732-redshift-blueshift.html>. Acesso em: 15, jan. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.