Aprende sobre el efecto Doppler

Los astrónomos estudian la luz de objetos distantes para comprenderlos. La luz se mueve a través del espacio a 299,000 kilómetros por segundo, y su trayectoria puede ser desviada por la gravedad, así como también absorbida y dispersada por nubes de material en el universo. Los astrónomos usan muchas propiedades de la luz para estudiar todo, desde los planetas y sus lunas hasta los objetos más distantes del cosmos.

Una herramienta que usan es el efecto Doppler. Este es un cambio en la frecuencia o longitud de onda de la radiación emitida por un objeto a medida que se mueve a través del espacio. Lleva el nombre del físico austríaco Christian Doppler, quien lo propuso por primera vez en 1842.

¿Cómo funciona el efecto Doppler? Si la fuente de radiación, diga un estrella, se está moviendo hacia un astrónomo en la Tierra (por ejemplo), luego la longitud de onda de su radiación aparecerá más corta (mayor frecuencia y, por lo tanto, mayor energía). Por otro lado, si el objeto se aleja del observador, la longitud de onda aparecerá más larga (frecuencia más baja y energía más baja). Probablemente haya experimentado una versión del efecto cuando escuchó un silbido de tren o una sirena de policía cuando pasó junto a usted, cambiando el tono a medida que pasa y se aleja.

El efecto Doppler está detrás de tecnologías como el radar de la policía, donde la "pistola de radar" emite luz de una longitud de onda conocida. Luego, esa "luz" del radar rebota en un automóvil en movimiento y viaja de regreso al instrumento. El cambio resultante en la longitud de onda se usa para calcular la velocidad del vehículo. (Nota: en realidad es un turno doble ya que el automóvil en movimiento actúa primero como observador y experimenta un cambio, luego como una fuente en movimiento que envía la luz de regreso a la oficina, cambiando así la longitud de onda por un segundo hora.)

Cuando un objeto está retrocediendo (es decir, alejándose) de un observador, los picos de la radiación que se emiten estarán separados más de lo que lo estarían si el objeto fuente estuviera estacionario. El resultado es que la longitud de onda resultante de la luz parece más larga. Los astrónomos dicen que está "desplazado al extremo rojo" del espectro.

El mismo efecto se aplica a todas las bandas del espectro electromagnético, como radio, radiografía o rayos gamma. Sin embargo, las mediciones ópticas son las más comunes y son la fuente del término "desplazamiento al rojo". Cuanto más rápido se aleje la fuente del observador, mayor será el desplazamiento al rojo. Desde el punto de vista energético, las longitudes de onda más largas corresponden a una radiación de menor energía.

Por el contrario, cuando una fuente de radiación se acerca a un observador, las longitudes de onda de la luz aparecen más juntas, acortando efectivamente la longitud de onda de la luz. (Nuevamente, una longitud de onda más corta significa mayor frecuencia y, por lo tanto, mayor energía). Espectroscópicamente, las líneas de emisión aparecerían desplazadas hacia el lado azul del espectro óptico, de ahí el nombre Cambio azúl.

Al igual que con el desplazamiento al rojo, el efecto es aplicable a otras bandas del espectro electromagnético, pero el efecto es más a menudo se discute cuando se trata con luz óptica, aunque en algunos campos de la astronomía este ciertamente no es el caso.

El uso del cambio Doppler ha dado lugar a algunos descubrimientos importantes en astronomía. A principios de 1900, se creía que el universo Estaba estático. De hecho, esto llevó Albert Einstein agregar la constante cosmológica a su famosa ecuación de campo para "cancelar" la expansión (o contracción) que fue predicha por su cálculo. Específicamente, alguna vez se creyó que el "borde" de la Vía láctea representaba el límite del universo estático.

Luego, Edwin Hubble descubrió que las llamadas "nebulosas espirales" que habían plagado la astronomía durante décadas eran no nebulosas en absoluto. En realidad eran otras galaxias. Fue un descubrimiento sorprendente y les dijo a los astrónomos que universo es mucho más grande de lo que sabían

Luego, el Hubble procedió a medir el desplazamiento Doppler, encontrando específicamente el desplazamiento al rojo de estas galaxias. Descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más rápidamente retrocede. Esto llevó a la ahora famosa Ley de Hubble, que dice que la distancia de un objeto es proporcional a su velocidad de recesión.

Esta revelación llevó a Einstein a escribir que su La adición de la constante cosmológica a la ecuación de campo fue el mayor error de su carrera. Curiosamente, sin embargo, algunos investigadores ahora están colocando la constante espalda dentro relatividad general.

Resulta que la Ley de Hubble solo es cierta hasta cierto punto, ya que la investigación en las últimas décadas ha encontrado que galaxias distantes están retrocediendo más rápido de lo previsto. Esto implica que la expansión del universo se está acelerando. La razón de esto es un misterio, y los científicos han denominado la fuerza impulsora de esta aceleración. energía oscura. Lo explican en la ecuación de campo de Einstein como una constante cosmológica (aunque es de una forma diferente a la formulación de Einstein).

Además de medir la expansión del universo, el efecto Doppler puede usarse para modelar el movimiento de las cosas mucho más cerca de casa; a saber, la dinámica de la Via Láctea.

Al medir la distancia a las estrellas y su desplazamiento hacia el rojo o hacia el azul, los astrónomos pueden mapear el movimiento de nuestra galaxia y obtener una imagen de cómo podría ser nuestra galaxia para un observador de todo el universo.

El efecto Doppler también permite a los científicos medir las pulsaciones de estrellas variables, así como movimientos de partículas que viajan a velocidades increíbles dentro de corrientes de chorro relativistas que emanan desde agujeros negros supermasivos.

Editado y actualizado por Carolyn Collins Petersen.