Los astrónomos estudian la luz de los objetos lejanos para entenderlos. La luz se desplaza por el espacio a 299.000 kilómetros por segundo, y su trayectoria puede ser desviada por la gravedad, así como absorbida y dispersada por las nubes de materia del universo. Los astrónomos utilizan muchas propiedades de la luz para estudiar desde los planetas y sus lunas hasta los objetos más lejanos del cosmos.
Profundizando en el efecto Doppler
Una de las herramientas que utilizan es el efecto Doppler. Se trata de un desplazamiento de la frecuencia o la longitud de onda de la radiación emitida por un objeto a medida que se desplaza por el espacio. Recibe su nombre del físico austriaco Christian Doppler, que lo propuso por primera vez en 1842.
Cómo funciona el efecto Doppler Si la fuente de radiación, digamos una estrella, se mueve hacia un astrónomo en la Tierra (por ejemplo), entonces la longitud de onda de su radiación parecerá más corta (mayor frecuencia, y por tanto mayor energía). En cambio, si el objeto se aleja del observador, la longitud de onda parecerá más larga (menor frecuencia y menor energía). Probablemente hayas experimentado una versión del efecto cuando has oído el silbato de un tren o una sirena de policía al pasar junto a ti, cambiando el tono al pasar junto a ti y alejarse.
El efecto Doppler está detrás de tecnologías como el radar policial, en el que la "pistola de radar" emite luz de una longitud de onda conocida. A continuación, esa "luz" de radar rebota en un coche en movimiento y viaja de vuelta al instrumento. El desplazamiento resultante de la longitud de onda se utiliza para calcular la velocidad del vehículo. ( Nota: en realidad se trata de un doble desplazamiento, ya que el coche en movimiento actúa primero como observador y experimenta un desplazamiento, y luego como fuente en movimiento que envía la luz de vuelta a la oficina, desplazando así la longitud de onda por segunda vez. )
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Desplazamiento al rojo
Cuando un objeto se aleja de un observador, los picos de radiación emitidos estarán más separados que si el objeto fuente estuviera inmóvil.El resultado es que la longitud de onda resultante de la luz parece más larga. Los astrónomos dicen que está "desplazada hacia el extremo rojo" del espectro.
El mismo efecto se aplica a todas las bandas del espectro electromagnético, como la radio, los rayos X o los rayos gamma. Sin embargo, las mediciones ópticas son las más comunes y son el origen del término "corrimiento al rojo". Cuanto más rápido se aleja la fuente del observador, mayor es el corrimiento al rojo. Desde el punto de vista energético, las longitudes de onda más largas corresponden a una radiación de menor energía.
Desplazamiento azul
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. (De nuevo, una longitud de onda más corta significa mayor frecuencia y, por tanto, mayor energía). Espectroscópicamente, las líneas de emisión aparecerían desplazadas hacia el lado azul del espectro óptico, de ahí el nombre de desplazamiento azul.
Al igual que con el corrimiento al rojo, el efecto es aplicable a otras bandas del espectro electromagnético, pero la mayoría de las veces se habla del efecto cuando se trata de la luz óptica, aunque en algunos campos de la astronomía esto no es así.
La expansión del universo y el desplazamiento Doppler
El uso del desplazamiento Doppler ha dado lugar a algunos descubrimientos importantes en astronomía. A principios del siglo XX, se creía que el universo era estático. De hecho, esto llevó a Albert Einstein a añadir la constante cosmológica a su famosa ecuación de campo para "anular" la expansión (o contracción) que predecía su cálculo. En concreto, antes se creía que el "borde" de la Vía Láctea representaba el límite del universo estático.
Entonces, Edwin Hubble descubrió que las llamadas "nebulosas espirales" que habían plagado la astronomía durante décadas no eran nebulosas en absoluto. En realidad eran otras galaxias. Fue un descubrimiento asombroso y dijo a los astrónomos que el universo es mucho más grande de lo que sabían.
Hubble procedió entonces a medir el desplazamiento Doppler, concretamente a encontrar el desplazamiento al rojo de estas galaxias. Descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido retrocede. Esto condujo 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 adición de la constante cosmológica a la ecuación de campo fue el mayor error de su carrera. Sin embargo, es interesante que algunos investigadores vuelvan a colocar la constante en la relatividad general.
Resulta que la Ley de Hubble sólo es cierta hasta cierto punto, ya que las investigaciones de las dos últimas décadas han descubierto que las galaxias lejanas se alejan más rápidamente de lo previsto. Esto implica que la expansión del universo se está acelerando. La razón de ello es un misterio, y los científicos han bautizado la fuerza impulsora de esta aceleración como energía oscura . La tienen en cuenta en la ecuación de campo de Einstein como una constante cosmológica (aunque tiene una forma diferente a la formulación de Einstein’).
Otros usos en astronomía
Además de medir la expansión del universo, el efecto Doppler se puede utilizar para modelar el movimiento de cosas mucho más cercanas a nosotros; en concreto, la dinámica de la Vía Láctea.
Midiendo la distancia a las estrellas y su corrimiento al rojo o al azul, los astrónomos son capaces de trazar un mapa del movimiento de nuestra galaxia y obtener una imagen de cómo podría ser nuestra galaxia para un observador del otro lado del universo.
El efecto Doppler también permite a los científicos medir las pulsaciones de las estrellas variables, así como los movimientos de las partículas que viajan a velocidades increíbles dentro de las corrientes de chorro relativistas que emanan de los agujeros negros supermasivos.
Editado y actualizado por Carolyn Collins Petersen.
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