Efecto doppler en el universo

Por qué es importante el efecto doppler en astronomía

Gillian Isoardi no trabaja, asesora, posee acciones ni recibe financiación de ninguna empresa u organización que pueda beneficiarse de este artículo, y no ha revelado ninguna afiliación relevante más allá de su nombramiento académico.

Cuando una ambulancia pasa con su sirena a todo volumen, se oye el cambio de tono de la sirena: cuando se acerca, el tono de la sirena suena más alto que cuando se aleja de usted. Este cambio es una demostración física común del efecto Doppler.

El efecto Doppler describe el cambio en la frecuencia observada de una onda cuando hay un movimiento relativo entre la fuente de la onda y el observador. Fue propuesto por primera vez en 1842 por el matemático y físico austriaco Christian Johann Doppler. Al observar estrellas lejanas, Doppler describió cómo el color de la luz estelar cambiaba con el movimiento de la estrella.

Para explicar por qué se produce el efecto Doppler, tenemos que empezar con algunas características básicas del movimiento ondulatorio. Las ondas se presentan de diversas formas: las ondas en la superficie de un estanque, los sonidos (como la sirena de arriba), la luz y los temblores de los terremotos presentan un movimiento ondulatorio periódico.

Efecto Doppler Desplazamiento azul

El Universo en expansiónEl efecto DopplerEl efecto Doppler se suele notar cuando un vehículo con una sirena se acerca y se aleja de un observador. Si un coche de bomberos pasa por delante de nosotros, notamos que el tono de la sirena es más alto cuando se acerca a nosotros y más bajo cuando se aleja. La frecuencia observada fo (o para el observador) se puede calcular si se conoce la frecuencia de la fuente fs (s para la fuente), la velocidad de la fuente vs y la velocidad del sonido v. \EjemploSi un camión de bomberos se aleja a 18 ms-1 (40 millas por hora) y hace sonar una sirena de 512 Hz, ¿cuál es la frecuencia que oye un observador inmóvil? En este caso añade la velocidad del sonido y la velocidad del camión de bomberos para hacer el denominador:

¿Cómo demuestra el efecto doppler que el universo se expande

Las dos últimas secciones te han presentado muchos conceptos nuevos, y esperamos que a través de ellos hayas visto surgir una idea principal. Los astrónomos pueden conocer los elementos de las estrellas y galaxias decodificando la información de sus líneas espectrales. Sin embargo, hay un factor que complica el aprendizaje de la decodificación del mensaje de la luz de las estrellas. Si una estrella se acerca o se aleja de nosotros, sus líneas estarán en un lugar del espectro ligeramente diferente del que ocuparían en una estrella en reposo. Y la mayoría de los objetos del universo tienen cierto movimiento con respecto al Sol.

En 1842, Christian Doppler midió por primera vez el efecto del movimiento en las ondas contratando a un grupo de músicos para que tocaran en un vagón de tren abierto mientras se movía por la vía. A continuación, aplicó lo aprendido a todas las ondas, incluida la luz, y señaló que si una fuente de luz se acerca o se aleja del observador, las ondas luminosas estarán, respectivamente, más juntas o dispersas. El principio general, ahora conocido como efecto Doppler, se ilustra en la figura 1.

Cómo se utiliza el efecto doppler

Los astrónomos tienen sus métodos para medir la distancia a una galaxia que les permite resolver este enigma. Uno de los métodos más populares y, en la mayoría de los casos, el único que puede utilizarse para medir la distancia a una galaxia lejana, es analizar su espectro electromagnético, que incluye la luz visible que nos permite verla.

Dado que el universo está en expansión, todas las galaxias lejanas se alejan de nosotros. Debido a este movimiento, el espectro de una galaxia se desplaza hacia su parte roja: el corrimiento al rojo, como lo conocen los astrónomos.

El fenómeno del corrimiento al rojo es una manifestación del efecto Doppler: cuanto más rápido es el movimiento, mayor es el desplazamiento de la frecuencia. Por lo tanto, cuanto mayor sea el corrimiento al rojo, mayor será la distancia a la galaxia observada.

La relación exacta entre el corrimiento al rojo y la distancia se desprende del modelo cosmológico del universo. Por tanto, si los astrónomos pueden medir la distancia de alguna otra manera, entonces, comparando la distancia y el corrimiento al rojo observados con una predicción, pueden medir las propiedades de nuestro universo, como por ejemplo la cantidad de materia y energía oscuras.