Spostamento verso il rosso
Lo Spostamento verso il rosso (anche chiamato col termine inglese redshift) è il fenomeno per cui la frequenza della luce, quando osservata in certe circostanze, è più bassa della frequenza che aveva quando è stata emessa. Questo succede in genere quando la sorgente di luce si muove allontanandosi dall'osservatore, come nell'effetto Doppler. Più in particolare, il termine redshift è usato per l'osservazione che lo spettro della luce emessa da galassie lontane è spostato verso frequenze minori (cioè verso l'estremità rossa dello spettro, e da qui nasce il nome) quando viene confrontato con lo spettro delle stelle vicine. Questo fenomeno è interpretato come un movimento delle galassie di allontanamento le une dalle altre, e più in generale come un'espansione generale dell'Universo che è iniziata col Big Bang.In generale, lo spostamento verso il rosso (e lo spostamento opposto verso il blu, dove la luce viene spostata verso frequenze maggiori) è quantificato da:
- z = (frequenza emessa - frequenza osservata) / frequenza osservata
- z = (lunghezza d'onda osservata - lunghezza d'onda emessa) / lunghezza d'onda emessa.
1. Movimento della sorgente. Se la sorgente della luce si sta allontanando dall'osservatore, si ha un redshift (z >0 ). Se la sorgente si sta avvicinando, si ha uno spostamento verso il blu (z < 0). Questo si verifica per tutte le onde emesse, ed è spiegato dall'effetto Doppler. Se la sorgente si allontana dall'osservatore con velocità v, e questa velocità è molto più piccola della velocità della luce c, allora lo spostamento verso il rosso è approssimativamente:
- z ≈ v/c
3. Effetti gravitazionali. La teoria della relatività generale prevede che la luce che si muove attraverso forti campi gravitazionali sperimenterà uno spostamento verso il rosso o verso il blu, effetto detto Einstein shift. L'effetto è molto piccolo ma misurabile anche sulla Terra usando l'effetto Mossbauer. Vicino ad un buco nero l'effetto è più grande, e quando un oggetto si avvicina all'orizzonte degli eventi il suo spostamento verso il rosso diventa infinito. I redshift gravitazionali furono proposti come spiegazione del redshift dei quasar negli anni '60, ma oggi questa spiegazione è rifiutata dalla maggior parte degli astrofisici.
Lo spostamento verso il rosso osservato in astronomia può essere misurato perché gli spettri di emissione e assorbimento dei vari atomi sono ben distinti e molto ben conosciuti. Quando la luce di galassie lontane viene analizzata, si osservano strutture di emissione ed assorbimento che sembrano essere spostate a frequenze più basse. Inoltre, gli oggetti più lontani mostrano in genere uno spostamento verso il rosso più grande (vedi la legge di Hubble). Poiché lo spostamento verso il rosso può essere misurato facilmente con molta precisione, gli astronomi lo usano spesso per indicare sia la distanza che l'età di un oggetto (entrambe queste caratteristiche sono invece molto difficili da misurare). Gli spostamenti verso il rosso più grandi, corrispondenti alle distanze più grandi e alle età più vecchie, sono quelli della radiazione cosmica di fondo, e sono attorno a z = 1100. Tra gli oggetti astronomici propriamente detti i redshift più grandi sono quelli di alcuni quasar e sono posti tra 5 e 6.
Per galassie più distanti di quelle del Gruppo Locale, ma entro un migliaio di megaparsec, lo spostamento verso il rosso è proporzionale alla loro distanza, un fatto scoperto da Edwin Hubble e conosciuto come la Legge di Hubble. Poiché lo spostamento verso il rosso è causato dal movimento della sorgente (o dall'espansione dello spazio che separa osservatore e sorgente), il significato è che più distanti sono le galassie, più velocemente si allontanano da noi.
Per galassie più distanti, la relazione tra la distanza e lo spostamento verso il rosso è più complessa. Quando uno osserva una galassia distante, la sta vedendo com'era nel passato (perché la velocità della luce è finita), quando si stava allontanando ad una velocità diversa da adesso, e le influenze sulla sua velocità da parte della forza di gravità dell'Universo e forse della costante cosmologica diventano significative. Comunque, se si assume che l'espansione dell'Universo è uniforme, la relazione tra spostamento verso il rosso e velocità è sempre lineare. L'assunzione sembra ragionevole perché segue direttamente dal principio copernicano secondo cui non esistono luoghi speciali nell'Universo.
Questo scenario di universo in espansione, se estrapolato indietro nel tempo, porta ad una singolarità , un punto nel tempo dove tutte le distanze erano zero. La teoria che descrive questi avvenimenti è quella del Big Bang. Si pensa però che una teoria, ancora sconociuta, della gravità quantistica inizierebbe ad operare prima che le distanze diventino precisamente zero.
Vedi anche:
- Spostamento di fase
- Spostamento verso il blu
