Wat zijn roodverschuiving en blauwverschuiving?

Zichtbaar licht is een spectrum van kleuren, het kan vergeleken worden met de kleuren van de regenboog. Als een object van ons vandaan beweegt dan verschuift het licht richting de rode golflengtes aan het einde van het spectrum; de golflengtes worden langer. Als een object op ons afkomt dan verschuift het licht naar de blauwe kant van het spectrum; de golflengtes worden korter.

Om het principe wat duidelijker uit te leggen gaan we eens uit van het geluid van een sirene als de politieauto ons op straat voorbij scheurt. Iedereen kent de verhoogde toonhoogte van een sirene die op je af komt en de verlaagde toonhoogte als de sirene zich weer van je verwijderd. Dit wordt veroorzaakte doordat de geluidsgolven sneller achter elkaar het oor van de luisteraar bereiken als de geluidsbron nadert. Als de geluidsbron zich van de luisteraar verwijderd wordt de tijd tussen de geluidsgolven weer groter.

Geluid en licht

Dit geluidseffect werd voor het eerst beschreven door Christian Doppler en wordt daarom ook het Doppler-effect genoemd. Omdat licht zich ook manifesteert als golflengte betekent dit dat golflengtes in elkaar gedrukt kunnen worden en uitgerekt kunnen worden afhankelijk van de relatieve positie van de objecten. Omdat licht vele malen sneller reist dan de snelheid van het geluid merken we hier in het dagelijks leven helemaal niks van.

De astronoom Edwin Hubble (naar hem is de Hubble telescoop in de ruimte vernoemd) was de eerste die het fenomeen roodverschuiving beschreef en het in verband bracht met de uitdijing van het heelal. Zijn waarnemingen uit 1929 lieten zien dat bijna alle sterrenstelsels die hij waarnam zich van ons af bewegen.

Dit fenomeen werd waargenomen als een roodverschuiving in het spectrum van een sterrenstelsel. De roodverschuiving bleek groter te zijn voor zwakke en vermoedelijk verder weg gelegen sterrenstelsels. Hoe verder weg een sterrenstelsel zich van ons bevindt hoe sneller het zich van ons verwijderd.

De sterrenstelsels bewegen zich van ons af omdat de structuur van het heelal ook expandeert. Sterrenstelsels zelf bewegen, de Andromeda-nevel en ons eigen sterrenstelsel bewegen naar elkaar toe en zullen over enkele miljoenen jaren met elkaar in botsing komen, en er is een algemene fenomeen van roodverschuiving die optreedt doordat het heelal groter wordt.

De termen roodverschuiving en blauwverschuiving zijn van toepassing op ieder deel van het elektromagnetische spectrum dus inclusief radiogolven, infrarood licht, ultraviolet licht, röntgenstraling en gammastraling. Dus als radiogolven naar het ultraviolette deel van het spectrum zijn verschoven dan spreekt men over blauwverschuiving omdat ze naar hogere, meer energetische frequenties zijn verschoven.

De roodverschuiving van een object wordt gemeten door de absorptie- of emissielijnen in het spectrum van het object te onderzoeken. Deze lijnen zijn voor ieder element uniek en ze hebben altijd dezelfde onderlinge samenhang. Als een object in de ruimte naar ons toe of van ons af beweegt dan bevinden deze lijnen zich op andere golflengtes dan wanneer het object niet zou bewegen (ten opzichte van ons).

Roodverschuiving wordt gedefinieerd als de verandering in de golflengte van het licht gedeeld door de golflengte die het licht zou hebben als het object niet zou bewegen. Dit wordt de rust golflengte genoemd:

Roodverschuiving = (waargenomen golflengte – rust golflengte)/(rust golflengte)

Drie types roodverschuiving

Er komen tenminste drie verschillende types van roodverschuiving voor in het heelal:

1. roodverschuiving veroorzaakt door de uitdijing van het heelal

2. roodverschuiving veroorzaakt door de beweging van sterrenstelsels ten opzichte van elkaar.

3. roodverschuiving veroorzaakt door de zwaartekracht (gravitationele roodverschuiving) die optreedt als licht verschuift als gevolg van een enorme hoeveelheid materie in een sterrenstelsel.

De laatste vorm van roodverschuiving is de lastigste van de drie maar sinds 2011 zijn wetenschappers in staat om deze vorm van roodverschuiving op de schaal van het heelal te meten. Astronomen voerden een statistische analyse uit van een grote catalogus, de Sloan Digital Sky Survey, en ze ontdekten dat roodverschuiving veroorzaakt door zwaartekracht bestaat en precies overeenkomt met de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Deze metingen zijn inmiddels onafhankelijk bevestigd.

De eerste detectie van gravitationele roodverschuiving vond plaats in 1959 toen wetenschappers het waarnemen in gammastraling die werd opgewekt in een laboratorium op Aarde. Voor 2011 was het ook al aangetoond in de Zon en in nabije witte dwergen.

eerste publicatie: 8 september 2015
laatste bewerking: 2 november 2019