Aprenda sobre o efeito Doppler

Os astrônomos estudam a luz de objetos distantes para entendê-los. A luz se move através do espaço a 299.000 quilômetros por segundo, e seu caminho pode ser desviado pela gravidade, assim como absorvido e espalhado por nuvens de material no universo. Os astrônomos usam muitas propriedades da luz para estudar tudo, desde planetas e luas até os objetos mais distantes do cosmos.

Uma ferramenta que eles usam é o efeito Doppler. Esta é uma mudança na frequência ou comprimento de onda da radiação emitida por um objeto à medida que ele se move pelo espaço. É nomeado após o físico austríaco Christian Doppler, que o propôs pela primeira vez em 1842.

Como o efeito Doppler funciona? Se a fonte de radiação, diga um Estrelaestá se movendo em direção a um astrônomo na Terra (por exemplo), então o comprimento de onda de sua radiação parecerá mais curto (frequência mais alta e, portanto, energia mais alta). Por outro lado, se o objeto estiver se afastando do observador, o comprimento de onda parecerá mais longo (menor frequência e menor energia). Você provavelmente experimentou uma versão do efeito quando ouviu um apito de trem ou uma sirene de polícia quando passou por você, alterando o tom à medida que passa por você e se afasta.

O efeito Doppler está por trás de tecnologias como o radar da polícia, onde o "radar gun" emite luz de um comprimento de onda conhecido. Então, esse radar "leve" quica em um carro em movimento e viaja de volta para o instrumento. A mudança resultante no comprimento de onda é usada para calcular a velocidade do veículo. (Nota: na verdade, é um turno duplo, pois o carro em movimento atua primeiro como observador e passa por um turno, depois, como uma fonte em movimento, enviando a luz de volta ao escritório, mudando assim o comprimento de onda por um segundo Tempo.)

Quando um objeto está se afastando (isto é, se afastando) de um observador, os picos da radiação emitida serão espaçados mais afastados do que estariam se o objeto de origem estivesse estacionário. O resultado é que o comprimento de onda resultante da luz parece mais longo. Os astrônomos dizem que é "deslocado para o extremo vermelho" do espectro.

O mesmo efeito se aplica a todas as bandas do espectro eletromagnético, como rádio, raio X ou raios gama. No entanto, as medições ópticas são as mais comuns e são a fonte do termo "desvio para o vermelho". Quanto mais rapidamente a fonte se afasta do observador, maior a redshift. Do ponto de vista energético, comprimentos de onda maiores correspondem a menor radiação de energia.

Por outro lado, quando uma fonte de radiação se aproxima de um observador, os comprimentos de onda da luz aparecem mais próximos, reduzindo efetivamente o comprimento de onda da luz. (Mais uma vez, um comprimento de onda menor significa maior frequência e, portanto, maior energia.) Espectroscopicamente, as linhas de emissão apareceriam deslocadas para o lado azul do espectro óptico, daí o nome turno azul.

Como no desvio para o vermelho, o efeito é aplicável a outras bandas do espectro eletromagnético, mas o efeito é mais muitas vezes discutidas ao lidar com luz óptica, embora em alguns campos da astronomia esse certamente não seja o caso.

O uso do Doppler Shift resultou em algumas importantes descobertas em astronomia. No início de 1900, acreditava-se que o universo era estático. De fato, isso levou Albert Einstein adicionar a constante cosmológica à sua famosa equação de campo, a fim de "cancelar" a expansão (ou contração) prevista por seu cálculo. Especificamente, acreditava-se que a "borda" do via Láctea representava a fronteira do universo estático.

Então, Edwin Hubble descobriram que as chamadas "nebulosas espirais" que atormentavam a astronomia por décadas eram não nebulosas. Na verdade, eram outras galáxias. Foi uma descoberta incrível e disse aos astrônomos que o universo é muito maior do que eles sabiam.

O Hubble começou a medir o desvio Doppler, encontrando especificamente o desvio para o vermelho dessas galáxias. Ele descobriu que quanto mais distante uma galáxia, mais rapidamente ela se afasta. Isso levou ao agora famoso Lei de Hubble, que diz que a distância de um objeto é proporcional à sua velocidade de recessão.

Essa revelação levou Einstein a escrever que dele a adição da constante cosmológica à equação de campo foi o maior erro de sua carreira. Curiosamente, no entanto, alguns pesquisadores estão colocando agora a constante costas para dentro relatividade geral.

Acontece que a Lei de Hubble só é verdadeira até certo ponto, uma vez que pesquisas nas últimas duas décadas descobriram que galáxias distantes estão retrocedendo mais rapidamente do que o previsto. Isso implica que a expansão do universo está se acelerando. A razão para isso é um mistério, e os cientistas apelidaram a força motriz dessa aceleração energia escura. Eles explicam isso na equação do campo de Einstein como uma constante cosmológica (embora seja de uma forma diferente da formulação de Einstein).

Além de medir a expansão do universo, o efeito Doppler pode ser usado para modelar o movimento das coisas muito mais perto de casa; ou seja, a dinâmica da Galáxia Via Láctea.

Medindo a distância das estrelas e seu desvio para o vermelho ou o azul, os astrônomos são capazes de mapear movimento da nossa galáxia e obter uma imagem de como a nossa galáxia pode parecer para um observador do outro lado da universo.

O efeito Doppler também permite que os cientistas medam as pulsações de estrelas variáveis, bem como movimentos de partículas que viajam a velocidades incríveis dentro de correntes de jato relativistas que emanam a partir de buracos negros supermassivos.

Editado e atualizado por Carolyn Collins Petersen.