ปรากฏการณ์ redshift (เรดชิฟต์) คืออะไร?

คำว่า “redshift” (เรดชิฟต์) หรือ การเลื่อนไปทางแดง ในทางดาราศาสตร์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์ หมายถึง ปรากฏการณ์ที่ความยาวคลื่นของแสงหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าอื่น ๆ ที่มาจากวัตถุในอวกาศมีการเปลี่ยนแปลงไปสู่ความยาวคลื่นที่ยาวขึ้น หรือเลื่อนไปทาง “สีแดง” ของสเปกตรัม

ลองนึกภาพคลื่นเสียงนะครับ เมื่อรถพยาบาลเปิดไซเรนวิ่งเข้าหาเรา เสียงจะแหลมสูง (ความถี่สูง ความยาวคลื่นสั้น) แต่เมื่อรถพยาบาลวิ่งผ่านไปและเคลื่อนที่ห่างออกไป เสียงจะทุ้มต่ำลง (ความถี่ต่ำ ความยาวคลื่นยาว) ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า ปรากฏการณ์ดอปเพลอร์ (Doppler effect)

แสงก็มีลักษณะเป็นคลื่นเช่นกัน ดังนั้นเมื่อแหล่งกำเนิดแสงและผู้สังเกตมีการเคลื่อนที่สัมพัทธ์กัน ก็จะเกิดปรากฏการณ์ดอปเพลอร์สำหรับแสงได้เช่นกัน

• วัตถุเคลื่อนที่ห่างออกไป: แสงที่ปล่อยออกมาจากวัตถุนั้นจะถูก “ยืด” ออก ทำให้ความยาวคลื่นยาวขึ้นและเลื่อนไปทางสีแดงของสเปกตรัม
• วัตถุเคลื่อนที่เข้าใกล้: ในทางตรงกันข้าม หากวัตถุเคลื่อนที่เข้าหาผู้สังเกต แสงจะถูก “บีบ” อัด ทำให้ความยาวคลื่นสั้นลงและเลื่อนไปทางสีน้ำเงินของสเปกตรัม ซึ่งเรียกว่า “blueshifted” (บลูชิฟต์) หรือ การเลื่อนไปทางน้ำเงิน

ความสำคัญของการเลื่อนไปทางแดงในทางดาราศาสตร์

1. การวัดความเร็วและระยะทางของวัตถุในอวกาศ
   นักดาราศาสตร์ใช้การเลื่อนไปทางแดงเพื่อวัดความเร็วที่กาแล็กซีและวัตถุท้องฟ้าอื่น ๆ กำลังเคลื่อนที่ห่างออกจากโลก ยิ่งวัตถุมีการเลื่อนไปทางแดงมากเท่าไหร่ ก็แสดงว่าวัตถุนั้นกำลังเคลื่อนที่ห่างออกไปด้วยความเร็วที่สูงขึ้น
2. การศึกษาการขยายตัวของเอกภพ
   เอ็ดวิน ฮับเบิล (Edwin Hubble) นักดาราศาสตร์ชาวอเมริกัน ได้ค้นพบในปี ค.ศ. 1929 ว่ากาแล็กซีส่วนใหญ่มีการเลื่อนไปทางแดง และอัตราการเลื่อนไปทางแดงมีความสัมพันธ์กับระยะทางของกาแล็กซี นั่นคือ กาแล็กซีที่อยู่ไกลออกไปจะมีการเลื่อนไปทางแดงมากกว่า ซึ่งเป็นหลักฐานสำคัญที่สนับสนุนทฤษฎีการขยายตัวของเอกภพ
3. การทำความเข้าใจวิวัฒนาการของเอกภพ
   การศึกษาการเลื่อนไปทางแดงของแสงจากวัตถุที่อยู่ไกลโพ้น ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์สามารถศึกษาเอกภพในอดีตได้ เนื่องจากแสงจากวัตถุเหล่านั้นต้องใช้เวลานานมากในการเดินทางมาถึงโลก การเลื่อนไปทางแดงจึงเป็นเหมือน “ไทม์แมชชีน” ที่ช่วยให้เราเห็นภาพเอกภพในยุคแรก ๆ

ตัวอย่างของการเลื่อนไปทางแดง

• กาแล็กซีที่อยู่ไกลโพ้น: แสงจากกาแล็กซีที่อยู่ห่างไกลจากโลกหลายพันล้านปีแสง จะมีการเลื่อนไปทางแดงอย่างมาก ทำให้นักดาราศาสตร์สามารถคำนวณระยะทางและอายุของกาแล็กซีเหล่านั้นได้
• ควาซาร์ (Quasar): วัตถุสว่างจ้าที่อยู่ใจกลางกาแล็กซีบางแห่ง มักมีการเลื่อนไปทางแดงสูงมาก ซึ่งบ่งชี้ว่าพวกมันอยู่ห่างไกลและเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูง

ข้อมูลอ้างอิง: ESA