Co je rudý posuv a jak se měří?
Když známou spektrální čáru najdeme na delší vlnové délce než v laboratoři, mluvíme o rudém posuvu. Je to přesně měřitelná změna světla. Teprve její fyzikální výklad nám řekne, zda souvisí s pohybem, gravitací nebo rozpínáním vesmíru.
© / kredit: Kosmologické novinky · Zdroj · · CC BY 4.0 · Úpravy: vlastní schéma.
Co znamená číslo z
Rudý posuv označujeme z a definujeme vztahem z = (λ pozorovaná − λ klidová) / λ klidová. Symbol λ označuje vlnovou délku. Stejný vztah lze přepsat jako λ pozorovaná = λ klidová × (1 + z).
Číslo z nemá jednotku. Hodnota z = 0,1 znamená prodloužení vlnové délky o 10 %, z = 1 její zdvojnásobení. Neznamená to samo o sobě rychlost 10 % nebo 100 % rychlosti světla. Pokud je z záporné, jde o posuv k kratším vlnovým délkám, označovaný jako modrý.
Jak se změří z absorpčních čar
Nejprve změříme, na kterých vlnových délkách nastávají poklesy ve spektru. Fyzikální vznik těchto poklesů vysvětluje heslo Co jsou absorpční a emisní čáry?. Pro měření posuvu potřebujeme rozpoznat jejich laboratorní vzor.
V jednoduchém ilustračním příkladu mají tři klidové čáry polohy 400, 500 a 600 nm, zatímco pozorované leží na 440, 550 a 660 nm. Pro každou vyjde stejný poměr pozorované a klidové vlnové délky: 1,1. Z toho dostaneme z = 0,1. Souhlas více čar posiluje správnost identifikace. Jediný pokles může být zaměněn za jinou čáru, poruchu detektoru nebo absorpci v atmosféře Země.
Proč nejde o posun o stejný počet nanometrů
V příkladu se jednotlivé čáry posunuly o 40, 50 a 60 nm. Stejný je jejich poměr, nikoli absolutní rozdíl. Celá soustava se na běžné lineární ose vlnových délek protáhne. Právě to je důležité při porovnávání spekter.
Pro emisní čáry funguje výpočet stejně; místo poklesů hledáme vrcholy. Přesné analýzy mohou porovnávat celé spektrum se vzory a využít i jeho širší strukturu. Součástí práce je kalibrace přístroje a podle požadované přesnosti také oprava na pohyb pozorovatele.
Další hodnoty a skutečná pozorování najdete v navazujícím hesle Jak velký je rudý posuv? Příklady a výpočty.
Tři různé příčiny
Dopplerův posuv souvisí s relativním pohybem zdroje a pozorovatele. Gravitační posuv vzniká při šíření světla mezi místy s rozdílnými gravitačními podmínkami. Kosmologický posuv souvisí s rozpínáním vesmíru během cesty světla.
V reálném měření se tyto vlivy mohou kombinovat. U blízkých galaxií může vlastní pohyb výrazně ovlivnit výsledek. U velmi vzdálených galaxií je pro celkový posuv zásadní kosmologické rozpínání. „Rudý“ přitom neznamená, že se světlo musí nacházet ve viditelné červené barvě: může se posunout například z infračerveného do milimetrového oboru.
Co z naměřeného z ještě nevíme
Samotná hodnota z není vzdálenost v kilometrech ani přesné stáří objektu. Převod na kosmologickou vzdálenost nebo dobu, kterou světlo cestovalo, vyžaduje model vývoje vesmíru a jeho parametry. Přibližný vztah v ≈ c × z používáme jen při malých posuvech a za vhodných podmínek.
Pozor také na původ čar: absorpce v plynu před kvasarem měří posuv tohoto plynu, nikoli automaticky kvasaru. Proto musí identifikace spektrálních útvarů předcházet výpočtu vzdálenosti.
Zdroje a další čtení
Proč je to zajímavé právě pro vás?
U titulku o vzdálené galaxii je užitečné hledat, zda je její posuv potvrzen spektroskopicky, nebo zatím odhadnut z měření přes barevné filtry. Obojí má své použití, ale konkrétní spektrální čáry mohou původní odhad zásadně zpřesnit.
Našli jste chybu nebo nepřesnost? Napište redakci. (redakce@kosmonovinky.cz)