레드시프트와 블루시프트란?

가시광선 스펙트럼, 적색편이, 청색편이, 적색편이, 청색편이

가시광선 스펙트럼. (이미지 제공: NASA.)





적색편이와 청색편이는 별이나 은하와 같은 우주의 물체가 우리에게서 멀어지거나 가까워짐에 따라 빛이 더 짧거나 긴 파장으로 이동하는 방식을 설명합니다. 이 개념은 우주의 팽창을 도표화하는 데 중요합니다.

가시광선은 무지개를 본 사람이라면 누구에게나 분명한 색상 스펙트럼입니다. 물체가 우리에게서 멀어지면 파장이 길어짐에 따라 빛이 스펙트럼의 빨간색 끝으로 이동합니다. 물체가 더 가까이 이동하면 파장이 짧아짐에 따라 빛이 스펙트럼의 파란색 끝으로 이동합니다.

이것을 보다 명확하게 생각하기 위해 유럽 우주국(European Space Agency)은 차가 도로에서 당신 옆으로 돌진할 때 경찰 사이렌을 듣는다고 상상해 보십시오.



'경찰 사이렌이 다가오면 소리가 커지고 사이렌이 지나갈 때 소리가 급격히 작아지는 소리를 누구나 들어봤을 것이다. 그 효과는 음원이 접근함에 따라 음파가 청취자의 귀에 더 가깝게 도달하고 멀어질수록 더 멀어지기 때문에 발생합니다. ESA가 썼다 .

소리와 빛

이 음향 효과는 1800년대 Christian Andreas Doppler에 의해 처음 기술되었으며 도플러 효과라고 합니다. 빛도 파장으로 발산하기 때문에 물체의 상대적 위치에 따라 파장이 늘어나거나 줄어들 수 있습니다. 즉, 빛은 음속보다 훨씬 빠르게 이동하기 때문에 일상적인 규모에서는 이를 인지하지 못합니다. ESA는 지적했습니다.

미국 천문학자 에드윈 허블 (허블 우주 망원경의 이름을 딴 사람)은 적색편이 현상을 처음으로 설명하고 팽창하는 우주와 연결했습니다. 1929년에 밝혀진 그의 관측은 그가 관찰한 거의 모든 은하가 멀어지고 있다는 것을 보여주었습니다. NASA가 말했다 .



NASA는 '이 현상은 은하 스펙트럼의 적색편이로 관찰됐다'고 밝혔다. '이 적색편이는 희미한, 아마도 더 멀리 있는 은하에서 더 큰 것으로 보였다. 따라서 은하가 멀수록 지구에서 멀어지는 속도가 빨라집니다.'

우주의 구조 자체가 팽창하고 있기 때문에 은하들은 지구에서 멀어지고 있습니다. 은하계 자체가 이동하는 동안 — 예를 들어 안드로메다 은하와 우리 은하가 충돌 경로에 있습니다. — 우주가 커짐에 따라 일어나는 전반적인 적색편이 현상이 있습니다.

적색편이와 청색편이라는 용어는 전자기 스펙트럼 , 전파, 적외선, 자외선, X선 및 감마선을 포함합니다. 따라서 전파가 스펙트럼의 자외선 부분으로 이동하면 청색 편이 또는 더 높은 주파수로 이동한다고 합니다. 전파로 이동된 감마선은 더 낮은 주파수로 이동하거나 적색 편이를 의미합니다.



물체의 적색편이는 스펙트럼의 흡수선 또는 방출선을 조사하여 측정됩니다. 이 줄은 각 요소에 대해 고유하며 항상 동일한 간격을 갖습니다. 공간에 있는 물체가 우리 쪽으로 또는 멀어질 때 물체가 움직이지 않을 때(우리에 대해) 있을 때와 다른 파장에서 선을 찾을 수 있습니다. [ 관련: 자신의 분광기 만들기 ]

적색편이는 빛의 파장 변화를 광원이 움직이지 않는 경우 빛의 파장으로 나눈 값으로 정의됩니다. 이를 나머지 파장이라고 합니다.

세 가지 유형의 적색편이

우주에서는 최소한 세 가지 유형의 적색편이가 발생합니다. 즉, 우주의 팽창, 서로에 대한 은하의 움직임, 그리고 은하 내부의 엄청난 양의 물질로 인해 빛이 이동할 때 발생하는 '중력적 적색편이'입니다.

이 후자의 적색편이는 세 가지 중 가장 미묘하지만 2011년에 과학자들은 우주 크기 규모에서 그것을 식별할 수 있었습니다. 천문학자들은 슬론 디지털 스카이 서베이(Sloan Digital Sky Survey)로 알려진 대규모 카탈로그에 대한 통계 분석을 수행했으며 중력 적색편이가 발생한다는 것을 발견했습니다. 정확히 아인슈타인의 일반 상대성 이론과 일치합니다. 이 작업은 네이처지에 게재되었습니다.

당시 코펜하겐 대학 천체물리학자 라덱 보이탁(Radek Wojtak)은 '우리는 성단의 질량을 독립적으로 측정했기 때문에 일반 상대성 이론에 기반한 중력적 적색편이에 대한 기대치가 얼마인지 계산할 수 있다'고 말했다. '이 효과의 측정값과 정확히 일치합니다.'

중력적 적색편이의 첫 번째 감지는 과학자들이 지구에 기반을 둔 실험실에서 나오는 감마선 빛에서 발생하는 것을 감지한 후인 1959년에 이루어졌습니다. 2011년 이전에는 태양과 근처 백색 왜성, 또는 태양 크기의 별이 일생 후반에 핵융합을 멈춘 후에 남아있는 죽은 별에서도 발견되었습니다.

적색 편이의 주목할만한 용도

Redshift는 천문학자들이 멀리 있는 물체의 거리를 비교할 수 있도록 도와줍니다. 2011년에 과학자들은 지금까지 본 것 중 가장 멀리 떨어진 물체를 보았다고 발표했습니다. GRB 090429B라고 하는 감마선 폭발은 폭발하는 별에서 방출된 것입니다. 당시 과학자들은 폭발이 131억4000만년 전에 일어난 것으로 추정했다. 이에 비해 빅뱅은 138억년 전에 일어났다.

가장 멀리 알려진 은하는 GN-z11이다. 2016년 허블 우주 망원경 빅뱅 이후 몇 억 년이 지난 후 존재했다고 확인 . 과학자들은 GN-z11의 적색편이를 측정하여 그 빛이 우주 팽창에 의해 얼마나 영향을 받았는지 확인했습니다. GN-z11의 적색편이는 11.1로 은하 EGSY8p7에서 측정한 다음으로 높은 적색편이 8.68보다 훨씬 높았다.

과학자들은 적색편이를 사용하여 우주가 어떻게 대규모로 구조화되어 있는지 측정할 수 있습니다. 이것의 한 예는 Hercules-Corona Borealis Great Wall입니다. 빛이 구조를 가로지르는 데 약 100억 년이 걸립니다. Sloan Digital Sky Survey는 수백만 물체의 적색편이를 측정하려는 진행 중인 적색편이 프로젝트입니다. 최초의 적색편이 조사는 1982년에 첫 번째 데이터 수집을 완료한 CfA RedShift 설문조사였습니다.

새로운 연구 분야 중 하나는 거대한 물체가 가속되거나 방해받을 때 발생하는 시공간의 교란인 중력파에서 적색편이 정보를 추출하는 방법에 관한 것입니다. (아인슈타인은 1916년 중력파의 존재를 처음 제안했고, LIGO(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) 2016년에 처음으로 직접 감지 ). 2014년 기사에 따르면 중력파는 적색편이 질량을 나타내는 신호를 전달하기 때문에 적색편이를 추출하려면 약간의 계산과 추정이 필요합니다 피어 리뷰 저널 Physical Review X에서 .

편집자 주: 이 기사는 수정 사항을 반영하기 위해 2019년 8월 7일에 업데이트되었습니다. 스펙트럼의 자외선 부분으로 이동된 전파는 적색 편이가 아니라 청색 편이입니다.