O desvio para o vermelho é a forma como os astrónomos medem a rapidez — e em que direção — um objeto distante se move em relação a nós, apenas comparando o comprimento de onda da sua luz com a aparência dessa luz em repouso num laboratório. Esta calculadora converte entre redshift, mudança de comprimento de onda e velocidade de recessão, usando a aproximação clássica simples e a fórmula relativística exata.

O que o Redshift realmente mede

Cada elemento emite e absorve luz em comprimentos de onda específicos e bem conhecidos — a famosa linha H-alfa do hidrogênio fica em 656,3 nanômetros quando medida em repouso em laboratório. Quando os astrônomos observam a mesma linha no espectro de uma galáxia distante, ela quase sempre é deslocada para um comprimento de onda mais longo. O tamanho fracionário desse deslocamento é o desvio para o vermelho, z = (λ_observado - λ_emitido) / λ_emitido. Um z positivo significa o comprimento de onda esticado (a fonte está recuando); um z negativo (blueshift) significa que está comprimido (a fonte está se aproximando).

Velocidade de recessão clássica vs. relativística

A maneira mais simples de transformar um desvio para o vermelho em velocidade é a fórmula clássica, v ≈ c·z — multiplique o desvio para o vermelho pela velocidade da luz. É uma boa aproximação linear quando z é pequeno (abaixo de aproximadamente 0,1), e é por isso que é ensinado primeiro. Mas ela falha gravemente em z mais altos: insira z = 1 na fórmula clássica e você terá v = c, a própria velocidade da luz, que nenhum objeto massivo pode alcançar. A fórmula Doppler relativística exata, v = c·((1+z)²−1)/((1+z)²+1), nunca produz uma velocidade igual ou superior a c, não importa quão grande z seja - ela se aproxima assintoticamente de c à medida que z cresce sem limite, que é o comportamento fisicamente correto.

Resolvendo ao contrário: da velocidade ao redshift

A fórmula relativística pode ser invertida algebricamente para resolver z dada uma velocidade conhecida: 1+z = √((1+β)/(1−β)), onde β = v/c. A guia From Velocity desta calculadora usa esse inverso diretamente, portanto, inserir a velocidade de recessão dos exemplos anteriores recupera exatamente o redshift original. Uma velocidade negativa (movimento em direção ao observador) produz corretamente um z negativo, correspondendo à convenção do blueshift. Observe que esta calculadora resolve a relação Doppler-shift diretamente a partir da velocidade e do redshift - ela não incorpora uma distância ou a constante de Hubble (v = H0·d), que é uma relação separada e complementar que os astrônomos usam para estimar distâncias quando a velocidade de recessão é conhecida.