Dịch chuyển đỏ (Redshift) là gì

Điều gì đó tương tự xảy ra với sóng âm thanh khi một nguồn âm thanh di chuyển so với một người quan sát. Hiệu ứng này được gọi là ‘hiệu ứng Doppler’ sau khi Christian Andreas Doppler, một nhà toán học người Áo phát hiện ra rằng tần số của sóng âm thanh thay đổi nếu nguồn âm thanh và người quan sát chuyển động tương đối với nhau.

Nếu cả hai đang tiến lại gần nhau, thì tần số mà người quan sát nghe thấy sẽ cao hơn; nếu chúng di chuyển ra xa nhau, tần số nghe được sẽ thấp hơn.

Có rất nhiều ví dụ hàng ngày về hiệu ứng Doppler – âm thanh thay đổi của cảnh sát và còi xe cứu thương, hoặc còi xe lửa và động cơ xe đua khi chúng chạy ngang qua. Trong mọi trường hợp, có một sự thay đổi âm thanh về cao độ khi nguồn tiếp cận và sau đó vượt qua một người quan sát.

Mọi người đã nghe thấy âm độ tăng dần của tiếng còi cảnh sát đang đến gần và âm độ giảm mạnh khi tiếng còi đi qua và lùi lại. Hiệu ứng này phát sinh do các sóng âm thanh đến tai người nghe gần nhau hơn khi nguồn phát đến gần và xa nhau hơn khi nó lùi xa.

Ánh sáng hoạt động giống như một làn sóng, vì vậy ánh sáng từ một vật thể phát sáng trải qua một sự dịch chuyển giống như Doppler nếu nguồn đang di chuyển so với chúng ta. Kể từ năm 1929, khi Edwin Hubble phát hiện ra rằng Vũ trụ đang mở rộng, chúng ta đã biết rằng hầu hết các thiên hà khác đang di chuyển ra khỏi chúng ta. Ánh sáng từ các thiên hà này được chuyển sang các bước sóng dài hơn (và điều này có nghĩa là đỏ hơn) – nói cách khác, nó bị ‘dịch chuyển đỏ’.

Vì ánh sáng truyền đi với tốc độ lớn như vậy so với các hiện tượng hàng ngày (nhanh hơn âm thanh một triệu lần) nên chúng ta không trải nghiệm sự thay đổi màu đỏ này trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta.

Sự dịch chuyển đỏ của một thiên hà hoặc chuẩn tinh ở xa có thể dễ dàng đo được bằng cách so sánh phổ của nó với quang phổ tham chiếu trong phòng thí nghiệm. Các vạch phát xạ và hấp thụ nguyên tử xảy ra ở các bước sóng đã biết. Bằng cách đo vị trí của các vạch này trong quang phổ thiên văn, các nhà thiên văn có thể xác định sự chuyển dịch màu đỏ của các nguồn lùi.

Tuy nhiên, chính xác mà nói, sự dịch chuyển màu đỏ quan sát được ở các vật thể ở xa không hẳn là do hiện tượng Doppler, mà là kết quả của sự giãn nở của Vũ trụ.

Dịch chuyển Doppler phát sinh từ chuyển động tương đối của nguồn và người quan sát trong không gian, trong khi dịch chuyển đỏ thiên văn là ‘dịch chuyển đỏ giãn nở’ do chính sự mở rộng của không gian.

Hai vật thể thực sự có thể đứng yên trong không gian và vẫn trải qua sự dịch chuyển màu đỏ nếu bản thân không gian giao thoa đang mở rộng.

Một sự tương tự thuận tiện cho sự mở rộng của Vũ trụ là một ổ bánh mì nho khô không nướng. Nho khô nằm yên so với nhau trong bột trước khi cho vào lò nướng. Khi bánh mì nở ra, nó cũng nở ra, làm cho không gian giữa các nho khô tăng lên.

Nếu nho khô có thể nhìn thấy, họ sẽ quan sát thấy rằng tất cả các nho khô khác đang di chuyển ra khỏi chúng mặc dù bản thân chúng vẫn đứng yên trong ổ bánh. Chỉ có khối bột – ‘Vũ trụ’ của họ – đang mở rộng.

Nguồn tham khảo: http://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/What_is_red_shift