Spektrum cahaya tampak.
(Gambar: © NASA.)
Redshift dan blueshift menggambarkan bagaimana cahaya bergeser ke arah panjang gelombang yang lebih pendek atau lebih panjang ketika benda-benda di ruang angkasa (seperti bintang atau galaksi) bergerak lebih dekat atau lebih jauh dari kita. Konsep ini adalah kunci untuk memetakan ekspansi alam semesta.
Cahaya tampak adalah spektrum warna, yang jelas bagi siapa saja yang telah melihat pelangi. Ketika suatu benda bergerak menjauh dari kita, cahaya bergeser ke ujung merah spektrum, karena panjang gelombangnya semakin lama. Jika suatu benda bergerak lebih dekat, cahaya bergerak ke ujung biru spektrum, karena panjang gelombangnya semakin pendek.
Untuk memikirkan hal ini dengan lebih jelas, Badan Antariksa Eropa menyarankan, bayangkan diri Anda mendengarkan sirene polisi ketika mobil melintas di jalan.
"Semua orang telah mendengar nada tinggi sirene polisi yang mendekat dan penurunan tajam nada ketika sirene lewat dan surut. Efeknya muncul karena gelombang suara tiba di telinga pendengar semakin dekat ketika sumber mendekat, dan semakin terpisah ketika surut, "tulis ESA.
Suara dan cahaya
Efek suara ini pertama kali dijelaskan oleh Christian Andreas Doppler pada 1800-an dan disebut efek Doppler. Karena cahaya juga memancar dalam panjang gelombang, ini berarti bahwa panjang gelombang dapat meregang atau berderak bersama tergantung pada posisi relatif benda. Yang mengatakan, kami tidak menyadarinya pada skala seukuran kehidupan sehari-hari karena cahaya bergerak jauh lebih cepat daripada kecepatan suara - satu juta kali lebih cepat, ESA mencatat.
Astronom Amerika Edwin Hubble (yang diberi nama Hubble Space Telescope) adalah yang pertama menggambarkan fenomena pergeseran merah dan mengikatnya ke alam semesta yang mengembang. Pengamatannya, terungkap pada tahun 1929, menunjukkan bahwa hampir semua galaksi yang ia amati bergerak menjauh, kata NASA.
"Fenomena ini diamati sebagai pergeseran merah dari spektrum galaksi," tulis NASA. "Pergeseran merah ini tampaknya lebih besar untuk galaksi yang pingsan, agaknya lebih jauh. Karena itu, semakin jauh sebuah galaksi, semakin cepat surut dari Bumi."
Galaksi bergerak menjauh dari Bumi karena struktur ruang itu sendiri mengembang. Sementara galaksi sendiri bergerak - Galaksi Andromeda dan Bima Sakti, misalnya, berada di jalur tabrakan - ada fenomena keseluruhan pergeseran merah yang terjadi saat alam semesta semakin besar.
Istilah pergeseran merah dan pergeseran biru berlaku untuk setiap bagian dari spektrum elektromagnetik, termasuk gelombang radio, inframerah, ultraviolet, sinar-X dan sinar gamma. Jadi, jika gelombang radio digeser ke bagian ultraviolet dari spektrum, mereka dikatakan berubah warna, atau bergeser ke frekuensi yang lebih tinggi. Sinar gamma bergeser ke gelombang radio akan berarti pergeseran ke frekuensi yang lebih rendah, atau pergeseran merah.
Redshift suatu objek diukur dengan memeriksa garis absorpsi atau emisi dalam spektrumnya. Garis-garis ini unik untuk setiap elemen dan selalu memiliki spasi yang sama. Ketika sebuah objek di ruang bergerak ke arah atau menjauh dari kita, garis-garis dapat ditemukan pada panjang gelombang yang berbeda dari di mana mereka akan berada jika objek tidak bergerak (relatif terhadap kita). [Terkait: Buat Spektroskop Sendiri]
Redshift didefinisikan sebagai perubahan panjang gelombang cahaya dibagi dengan panjang gelombang yang dimiliki cahaya jika sumber tidak bergerak - disebut panjang gelombang sisanya:
Tiga jenis pergeseran merah
Setidaknya tiga jenis pergeseran merah terjadi di alam semesta - dari ekspansi alam semesta, dari pergerakan galaksi yang relatif satu sama lain dan dari "pergeseran merah gravitasi," yang terjadi ketika cahaya bergeser karena banyaknya jumlah materi di dalam galaksi.
Pergeseran merah yang terakhir ini adalah yang paling halus dari ketiganya, tetapi pada tahun 2011 para ilmuwan dapat mengidentifikasinya pada skala ukuran semesta. Para astronom melakukan analisis statistik dari katalog besar yang dikenal sebagai Sloan Digital Sky Survey, dan menemukan bahwa pergeseran merah gravitasi memang terjadi - persis sejalan dengan teori relativitas umum Einstein. Karya ini diterbitkan dalam makalah Nature.
"Kami memiliki pengukuran massa kluster yang independen, sehingga kami dapat menghitung apa yang diharapkan untuk pergeseran merah gravitasi berdasarkan pada relativitas umum," kata astrofisikawan University of Copenhagen Radek Wojtak pada saat itu. "Itu sama persis dengan pengukuran efek ini."
Deteksi pertama pergeseran merah gravitasi terjadi pada tahun 1959, setelah para ilmuwan mendeteksinya terjadi dalam cahaya sinar gamma yang berasal dari laboratorium berbasis bumi. Sebelum 2011, ia juga ditemukan di matahari dan di katai putih di dekatnya, atau bintang mati yang tersisa setelah bintang berukuran matahari berhenti fusi nuklir di akhir kehidupan mereka.
Penggunaan pergeseran merah yang terkenal
Redshift membantu para astronom membandingkan jarak objek yang jauh. Pada 2011, para ilmuwan mengumumkan bahwa mereka telah melihat objek terjauh yang pernah ada - ledakan sinar gamma yang disebut GRB 090429B, yang berasal dari bintang yang meledak. Pada saat itu, para ilmuwan memperkirakan ledakan itu terjadi 13,14 miliar tahun lalu. Sebagai perbandingan, Big Bang terjadi 13,8 miliar tahun yang lalu.
Galaksi terjauh yang diketahui adalah GN-z11. Pada 2016, Teleskop Luar Angkasa Hubble menentukan keberadaannya hanya beberapa ratus juta tahun setelah Big Bang. Para ilmuwan mengukur pergeseran merah GN-z11 untuk melihat seberapa besar cahayanya telah dipengaruhi oleh ekspansi alam semesta. Redshift GN-z11 adalah 11,1, jauh lebih tinggi dari redshift tertinggi berikutnya 8,68 yang diukur dari galaksi EGSY8p7.
Para ilmuwan dapat menggunakan pergeseran merah untuk mengukur bagaimana alam semesta terstruktur dalam skala besar. Salah satu contohnya adalah Tembok Besar Hercules-Corona Borealis; cahaya membutuhkan sekitar 10 miliar tahun untuk melintasi struktur. Sloan Digital Sky Survey adalah proyek pergeseran merah yang sedang berlangsung yang mencoba mengukur pergeseran merah dari beberapa juta objek. Survei redshift pertama adalah Survei Redshift CfA, yang menyelesaikan pengumpulan data pertamanya pada tahun 1982.
Salah satu bidang penelitian yang muncul berkaitan dengan bagaimana mengekstraksi informasi pergeseran merah dari gelombang gravitasi, yang merupakan gangguan dalam ruang-waktu yang terjadi ketika sebuah benda besar dipercepat atau terganggu. (Einstein pertama kali menyarankan keberadaan gelombang gravitasi pada tahun 1916, dan Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) pertama kali mendeteksi mereka secara langsung pada tahun 2016). Karena gelombang gravitasi membawa sinyal yang menunjukkan massa pergeseran merahnya, mengekstraksi pergeseran merah dari itu membutuhkan beberapa perhitungan dan estimasi, menurut sebuah artikel 2014 dalam jurnal peer-review Physical Review X.
Catatan Editor: Artikel ini diperbarui pada 7 Agustus 2019 untuk mencerminkan koreksi. Gelombang radio yang bergeser ke bagian ultraviolet dari spektrum adalah berubah warna, bukan berubah merah.
