Spektrum cahaya yang dapat dilihat.
(Imej: © NASA.)
Pergeseran merah dan blueshift menerangkan bagaimana cahaya beralih ke panjang gelombang yang lebih pendek atau lebih panjang ketika objek di ruang angkasa (seperti bintang atau galaksi) bergerak lebih dekat atau lebih jauh dari kita. Konsep ini adalah kunci untuk memetakan pengembangan alam semesta.
Cahaya yang dapat dilihat adalah spektrum warna, yang jelas bagi siapa saja yang melihat pelangi. Apabila objek bergerak menjauh dari kita, cahaya dialihkan ke hujung spektrum merah, kerana panjang gelombang semakin panjang. Sekiranya objek bergerak lebih dekat, cahaya bergerak ke hujung spektrum biru, kerana panjang gelombang semakin pendek.
Untuk memikirkan perkara ini dengan lebih jelas, Agensi Angkasa Eropah mencadangkan, bayangkan diri anda mendengar siren polis ketika kereta meluru oleh anda di jalan.
"Semua orang telah mendengar peningkatan nada siren polis yang semakin hampir dan penurunan tajam ketika siren melewati dan surut. Kesannya timbul kerana gelombang suara tiba di telinga pendengar lebih dekat ketika sumbernya menghampiri, dan semakin jauh kerana ia surut, "tulis ESA.
Bunyi dan cahaya
Kesan bunyi ini pertama kali dijelaskan oleh Christian Andreas Doppler pada tahun 1800-an dan disebut sebagai kesan Doppler. Oleh kerana cahaya juga terpancar dalam panjang gelombang, ini bermaksud panjang gelombang dapat meregang atau berderak bersama-sama bergantung pada kedudukan relatif objek. Oleh itu, kami tidak memperhatikannya dalam skala kehidupan seharian kerana cahaya bergerak jauh lebih pantas daripada kelajuan suara - sejuta kali lebih cepat, kata ESA.
Ahli astronomi Amerika Edwin Hubble (yang diberi nama Teleskop Angkasa Hubble) adalah orang pertama yang menggambarkan fenomena pergeseran merah dan mengikatnya dengan alam semesta yang berkembang. Pemerhatiannya, yang diungkapkan pada tahun 1929, menunjukkan bahawa hampir semua galaksi yang dia amati menjauh, kata NASA.
"Fenomena ini diperhatikan sebagai pergeseran merah spektrum galaksi," tulis NASA. "Pergeseran merah ini tampaknya lebih besar untuk galaksi samar, mungkin lebih jauh. Oleh itu, semakin jauh galaksi, semakin cepat surut dari Bumi."
Galaksi menjauh dari Bumi kerana kain ruang itu sendiri mengembang. Walaupun galaksi sendiri bergerak - Galaxy Andromeda dan Bima Sakti, misalnya, sedang dalam perjalanan perlanggaran - terdapat fenomena pergeseran merah keseluruhan yang berlaku ketika alam semesta semakin besar.
Istilah redshift dan blueshift berlaku untuk mana-mana bahagian spektrum elektromagnetik, termasuk gelombang radio, inframerah, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Jadi, jika gelombang radio dialihkan ke bahagian spektrum ultraviolet, ia dikatakan biru, atau beralih ke frekuensi yang lebih tinggi. Sinar gamma yang beralih ke gelombang radio berarti pergeseran ke frekuensi yang lebih rendah, atau pergeseran merah.
Pergeseran merah objek diukur dengan memeriksa garis penyerapan atau pelepasan dalam spektrumnya. Garis-garis ini unik untuk setiap elemen dan sentiasa mempunyai jarak yang sama. Apabila objek di ruang bergerak ke arah atau jauh dari kita, garis-garis dapat ditemukan pada panjang gelombang yang berbeza daripada di mana mereka berada jika objek tersebut tidak bergerak (relatif terhadap kita). [Berkaitan: Buat Spektroskop Sendiri]
Pergeseran merah didefinisikan sebagai perubahan panjang gelombang cahaya dibahagi dengan panjang gelombang yang akan dimiliki cahaya jika sumbernya tidak bergerak - disebut panjang gelombang selebihnya:
Tiga jenis pergeseran merah
Sekurang-kurangnya tiga jenis pergeseran merah berlaku di alam semesta - dari pengembangan alam semesta, dari pergerakan galaksi yang saling berkaitan dan dari "pergeseran merah graviti," yang berlaku ketika cahaya dipindahkan kerana jumlah jirim yang besar di dalam galaksi.
Pergeseran merah terakhir ini adalah yang paling halus dari ketiga, tetapi pada tahun 2011 saintis dapat mengenalinya pada skala ukuran semesta. Ahli astronomi melakukan analisis statistik dari katalog besar yang dikenali sebagai Sloan Digital Sky Survey, dan mendapati bahawa pergeseran graviti berlaku - betul-betul sesuai dengan teori relativiti umum Einstein. Karya ini diterbitkan dalam makalah Nature.
"Kami mempunyai pengukuran bebas dari massa kluster, jadi kami dapat mengira berapa harapan untuk pergeseran merah graviti berdasarkan relativitas umum," kata ahli astrofizik University of Copenhagen Radek Wojtak pada waktu itu. "Ia sangat sesuai dengan pengukuran kesan ini."
Pengesanan pertama pergeseran merah graviti dilakukan pada tahun 1959, setelah para saintis mengesannya berlaku dalam sinar sinar gamma yang berasal dari makmal berasaskan Bumi. Sebelum 2011, ia juga dijumpai di bawah sinar matahari dan kerdil putih yang berdekatan, atau bintang mati yang masih ada setelah bintang berukuran matahari menghentikan peleburan nuklear di akhir hayat mereka.
Penggunaan pergeseran merah yang ketara
Redshift membantu ahli astronomi membandingkan jarak objek yang jauh. Pada tahun 2011, saintis mengumumkan bahawa mereka telah melihat objek terjauh yang pernah dilihat - pecah sinar gamma yang disebut GRB 090429B, yang berasal dari bintang yang meletup. Pada masa itu, para saintis menganggarkan letupan itu berlaku 13.14 bilion tahun yang lalu. Sebagai perbandingan, Big Bang berlaku 13.8 bilion tahun yang lalu.
Galaksi yang paling jauh diketahui ialah GN-z11. Pada tahun 2016, Teleskop Angkasa Hubble menentukan bahawa ia wujud hanya beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang. Para saintis mengukur pergeseran merah GN-z11 untuk melihat berapa banyak cahaya yang dipengaruhi oleh pengembangan alam semesta. Pergeseran merah GN-z11 adalah 11.1, jauh lebih tinggi daripada pergeseran merah tertinggi seterusnya 8.68 yang diukur dari galaksi EGSY8p7.
Para saintis boleh menggunakan pergeseran merah untuk mengukur bagaimana alam semesta disusun secara besar-besaran. Salah satu contohnya ialah Tembok Besar Hercules-Corona Borealis; cahaya memerlukan sekitar 10 bilion tahun untuk melintasi struktur. The Sloan Digital Sky Survey adalah projek peralihan merah yang sedang berjalan yang cuba mengukur peralihan merah beberapa juta objek. Tinjauan redshift pertama adalah CfA RedShift Survey, yang menyelesaikan pengumpulan data pertamanya pada tahun 1982.
Salah satu bidang penyelidikan yang muncul adalah bagaimana mengekstrak maklumat pergeseran merah dari gelombang graviti, yang merupakan gangguan pada ruang-waktu yang terjadi ketika badan besar dipercepat atau terganggu. (Einstein pertama kali mencadangkan adanya gelombang graviti pada tahun 1916, dan Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) pertama kali mengesannya secara langsung pada tahun 2016). Kerana gelombang graviti membawa isyarat yang menunjukkan jisimnya yang berubah-ubah, mengeluarkan pergeseran merah dari yang memerlukan beberapa pengiraan dan perkiraan, menurut artikel 2014 dalam jurnal peer-review Physical Review X.
Catatan editor: Artikel ini dikemas kini pada 7 Ogos 2019 untuk menunjukkan pembetulan. Gelombang radio yang beralih ke bahagian ultraviolet dari spektrum berwarna biru, bukan pergeseran merah.
