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Distâncias astronômicas e desvio para o vermelho

Olá, Professores.

Minha dúvida é sobre como se calcula a distância da Terra às estrelas mais distantes, utilizando o Redshift.

Sabemos que  o universo está se expandindo e que a luz emitida por estrelas distantes sofrem o “desvio para o vermelho” enquanto se afastam de nós e sabemos também que quanto mais distantes elas estão, maior será esse desvio, conforme a Constante de Hubble.

Recentemente, o Telescópio Espacial Hubble captou a imagem da estrela mais distante já registrada, chamada de Earendel, a 12,9 Bilhões de anos luz de nós.  Para sabermos qual o comprimento de onda original da luz emitida pela estrela, precisaríamos saber qual sua temperatura e por quais elementos ela é constituída, mas a essa distância isso me parece virtualmente impossível. Como conseguimos calcular o Redshift da luz de uma estrela, se não temos todas as informações primárias sobre ela?

Desde já agradeço.

Abraço a todos e minha admiração ao Professor Fernando Lang

Respondido por: Prof. Fernando Lang da Silveira - IF-UFRGS

Usando uma metáfora do Richard Dawkins podemos dizer que os elementos atômicos são reconhecidos por um “código de barras”. Este “código de barra” são as raias do seus espectros de emissão e/ou absorção.

Ou seja, a radiação eletromagnética emitida ou absorvida pelos átomos (e também moléculas) acontece em frequências ou comprimentos de onda bem específicos. A partir do final do século XIX tais espectros foram estudados, inicialmente com gases.

A Figura 1 apresenta no topo um espectro contínuo emitido por uma fonte quente como a periferia do Sol. Abaixo está representado um espectro de emissão de um elemento que de alguma forma teve seus elétrons excitados e, em seguida, decaíram para níveis mais baixos de energia, emitindo radiação eletromagnética (fótons) com comprimentos de onda (ou frequências) bem específicas evidenciadas por algumas raias estreitas. As raias espectrais de 99 elementos, na faixa do visível, estão expostas em Raias espectrais – Wikipedia.

Na parte inferior da Figura 1 é apresentado, para o mesmo elemento, um espectro de absorção quando iluminado por uma fonte que gera um espectro contínuo. A radiação eletromagnética da fonte, ao passar pelo gás desse elemento, é absorvida caso os fótons possuam energia que corresponde a uma transição eletrônica para níveis mais altos de energia. As absorções acontecem então para os mesmos comprimento de onda ou frequências que aparecem no respectivo espectro de emissão, representado acima do espectro de absorção.

Para medir o desvio para o vermelho submete-se a luz proveniente de um astro a uma análise espectral visando a determinação do “código de barras” que identifica algum elemento, tais como como raias (ou linhas) de absorção ou de emissão. Se encontradas tais raias, elas podem ser comparadas com os conhecidos espectros de vários elementos químicos conforme determinados aqui na Terra.

Um elemento atômico muito comum no espaço é o hidrogênio. A luz emitida pela estrela, ao atravessar a nuvem de hidrogênio em suas proximidades, apresentará as raias de absorção em intervalos que identificam esse elemento. A Figura 2 apresenta acima as raias espectrais do hidrogênio conforme se observa em laboratório e na parte de baixo as raias espectrais com desvio para o vermelho, consequente de que a estrela está se afastando da Terra.

Desta forma, medindo-se alguns dos comprimentos de onda (ou frequências) no espectro de absorção representado, e os comparando com os comprimentos de onda do mesmo elemento aqui na Terra é possível quantificar o desvio para o vermelho de uma estrela e em seguida, usando as conhecidas equações para o efeito Doppler, determinar a velocidade da estrela em relação à Terra. Depois, usando a Lei de Hubble, avaliar a distância da estrela à Terra.

Vide mais em Redshift.

“Docendo discimus.” (Sêneca)


4 comentários em “Distâncias astronômicas e desvio para o vermelho

  1. Roger Bonsaver disse:

    Ficou claro como a luz do Sol. Obrigado, Professor Fernando Lang

  2. Helder disse:

    Temos que fazer uma ressalva, pois uma das variais e a velocidade com que a fonte de luz se afasta do observador e o universo está acelerando sua expansão, afetando as “cores” do efeito doppler , haja visto as constantes e irritantes revisões da constante de Hubble.

  3. Jean disse:

    Leigo aqui: como garantir que a onda originada na estrela há 13 bilhões de ano é exatamente a mesma que chega ao telescópio? Ela não sofre nenhuma distorção, depreciação, perda ou algo assim? (não sei qual termo exato para o assunto)

    • Fernando Lang disse:

      A radiação gerada em alguma estrela diminui sua intensidade ao viajar. Por isso a detecção aqui na Terra é realizada por equipamentos sofisticados e precisos. O “codigo de barras” que radiação transporta chega aqui deslocado e é graças a tal deslocamento que se pode avaliar a velocidade da estrela em relação a nós.

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