Thiên văn học có một số thuật ngữ nghe có vẻ kỳ lạ đối với những người không phải là nhà thiên văn học. Hầu hết mọi người đã nghe nói về “năm ánh sáng” và “parsec” (1 parsec = 3.26 năm ánh sáng) là các thuật ngữ đo lường khoảng cách trong thiên văn. Tuy nhiên, các thuật ngữ khác mang tính kỹ thuật cao hơn và nghe có vẻ “biệt ngữ” đối với những người không biết nhiều về thiên văn học. Hai thuật ngữ như vậy là “dịch chuyển đỏ” (redshift) và “dịch chuyển xanh” (blueshift). Chúng được sử dụng để mô tả chuyển động của một vật thể về phía hoặc ra khỏi các vật thể khác trong không gian.
Dịch chuyển đỏ Redshift chỉ ra rằng một vật thể đang di chuyển ra xa khỏi chúng ta. “Blueshift” là một thuật ngữ mà các nhà thiên văn học sử dụng để mô tả một vật thể đang di chuyển về phía một vật thể khác hoặc về phía chúng ta. Chẳng hạn, ai đó sẽ nói, “Thiên hà đó dịch chuyển xanh Blueshift đối với Dải Ngân hà”. Nó có nghĩa là thiên hà đang di chuyển về phía điểm của chúng ta trong không gian. Nó cũng có thể được sử dụng để mô tả tốc độ mà thiên hà đang thực hiện khi nó đến gần chúng ta hơn.
Cả dịch chuyển đỏ và dịch chuyển xanh đều được xác định bằng cách nghiên cứu quang phổ của ánh sáng bức xạ từ vật thể. Cụ thể, “dấu vân tay” của các nguyên tố trong quang phổ (được chụp bằng quang phổ ký hoặc quang phổ kế), được “dịch chuyển” về phía màu xanh hoặc đỏ tùy thuộc vào chuyển động của vật thể.
Các nhà thiên văn xác định Blueshift như thế nào?
Blueshift là kết quả trực tiếp của thuộc tính chuyển động của một vật thể được gọi là hiệu ứng Doppler, mặc dù có những hiện tượng khác cũng có thể dẫn đến ánh sáng trở thành Blueshift. Đây là cách nó hoạt động. Hãy lấy thiên hà đó làm ví dụ một lần nữa. Nó đang phát ra bức xạ dưới dạng ánh sáng, tia X, tia cực tím, tia hồng ngoại, radio, ánh sáng nhìn thấy, v.v. Khi nó tiếp cận một người quan sát trong thiên hà của chúng ta, mỗi photon (gói ánh sáng) mà nó phát ra dường như được tạo ra gần thời gian hơn với photon trước đó. Điều này là do hiệu ứng Doppler và chuyển động thích hợp của thiên hà (chuyển động của nó trong không gian). Kết quả là các đỉnh photon dường như gần nhau hơn so với thực tế, làm cho bước sóng ánh sáng ngắn hơn (tần số cao hơn và do đó năng lượng cao hơn), được xác định bởi người quan sát.
Blueshift không phải là thứ có thể nhìn thấy bằng mắt. Nó là một thuộc tính về cách ánh sáng bị ảnh hưởng bởi chuyển động của một vật thể. Các nhà thiên văn học xác định sự dịch chuyển màu xanh lam bằng cách đo những thay đổi nhỏ trong bước sóng ánh sáng từ vật thể. Họ làm điều này bằng một công cụ chia ánh sáng thành các bước sóng thành phần của nó. Thông thường điều này được thực hiện bằng một “quang phổ kế” hoặc một dụng cụ khác được gọi là “quang phổ ký”. Dữ liệu họ thu thập được vẽ biểu đồ thành một “quang phổ”. Nếu thông tin ánh sáng cho chúng ta biết rằng vật thể đang chuyển động về phía chúng ta, biểu đồ sẽ xuất hiện “dịch chuyển” về phía cuối màu xanh lam của quang phổ điện từ.
Đo lường Blueshifts của các ngôi sao
Bằng cách đo sự thay đổi quang phổ của các ngôi sao trong Dải Ngân hà, các nhà thiên văn học có thể vẽ không chỉ chuyển động của chúng mà còn cả chuyển động của thiên hà nói chung. Các vật thể đang di chuyển ra xa chúng ta sẽ có vẻ bị dịch chuyển màu đỏ, trong khi các vật thể đến gần sẽ bị dịch chuyển màu xanh lam.
Vũ trụ có bị dịch chuyển không?
Trạng thái quá khứ, hiện tại và tương lai của vũ trụ là một chủ đề nóng trong thiên văn học và khoa học nói chung. Và một trong những cách mà chúng ta nghiên cứu những trạng thái này là quan sát chuyển động của các vật thể thiên văn xung quanh chúng ta.
Ban đầu, vũ trụ được cho là dừng lại ở rìa thiên hà của chúng ta, Dải Ngân hà Milky Way. Tuy nhiên, vào đầu những năm 1900, nhà thiên văn học Edwin Hubble đã tìm thấy có những thiên hà bên ngoài chúng ta (những thiên hà này thực sự đã được quan sát trước đó, nhưng các nhà thiên văn học cho rằng chúng chỉ đơn giản là một loại tinh vân, không phải toàn bộ hệ thống các ngôi sao). Hiện đã có nhiều tỷ thiên hà trên khắp vũ trụ.
Điều này đã thay đổi toàn bộ hiểu biết của chúng ta về vũ trụ và ngay sau đó, mở đường cho sự phát triển của một lý thuyết mới về sự sáng tạo và tiến hóa của vũ trụ: Lý thuyết Vụ nổ lớn.
Tìm ra chuyển động của vũ trụ
Bước tiếp theo là xác định xem chúng ta đang ở đâu trong quá trình tiến hóa vũ trụ và chúng ta đang sống trong loại vũ trụ nào. Câu hỏi thực sự là: vũ trụ có đang giãn nở không? Đang co lại? Tĩnh tại?
Để trả lời điều đó, các nhà thiên văn học đã đo sự thay đổi quang phổ của các thiên hà gần và xa, một dự án tiếp tục là một phần của thiên văn học. Nếu các phép đo ánh sáng của các thiên hà nói chung bị dịch chuyển xanh, thì điều này có nghĩa là vũ trụ đang co lại và chúng ta có thể tiến tới một “vụ vỡ vụn lớn” khi mọi thứ trong vũ trụ dồn lại vào nhau.
Tuy nhiên, thực tế thì các thiên hà nói chung đang lùi dần khỏi chúng ta và có vẻ bị dịch chuyển đỏ. Điều này có nghĩa là vũ trụ đang giãn nở. Không chỉ vậy, hiện giờ chúng ta biết rằng sự mở rộng vũ trụ đang tăng tốc và nó đã tăng tốc với một tốc độ khác trong quá khứ. Sự thay đổi gia tốc đó được thúc đẩy bởi một lực bí ẩn được gọi chung là năng lượng tối. Chúng ta có rất ít hiểu biết về bản chất của năng lượng tối, chỉ biết rằng nó dường như có mặt ở khắp mọi nơi trong vũ trụ.
Bài học rút ra chính
- Thuật ngữ “blueshift” đề cập đến sự thay đổi bước sóng ánh sáng về phía cuối màu xanh lam của quang phổ khi một vật thể di chuyển về phía chúng ta trong không gian.
- Các nhà thiên văn sử dụng blueshift để hiểu chuyển động của các thiên hà đối với nhau và về phía khu vực không gian của chúng ta.
- Redshift áp dụng cho quang phổ ánh sáng từ các thiên hà đang di chuyển ra xa chúng ta; nghĩa là, ánh sáng của chúng bị dịch chuyển về phía cuối màu đỏ của quang phổ.
Nguồn:
- Cool Cosmos, coolcosmos.ipac.caltech.edu/cosmic_classroom/cosmic_reference/redshift.html.
- “The Discovery of the Expanding Universe.” The Expanding Universe, skyserver.sdss.org/dr1/en/astro/universe/universe.asp.
- NASA, NASA, imagine.gsfc.nasa.gov/features/yba/M31_velocity/spectrum/doppler_more.html.
John P. Millis, Ph.D, Carolyn Collins Petersen.
