Gravitaatiopunasiirtymiä

Gravitaatiopunasiirtymiä (gravitational redshift) on ilmiö, jossa valon tai muun sähkömagneettisen säteilyn taajuus pienenee sen kulkiessa pois voimakkaasta gravitaatiokentästä. Tämä tarkoittaa, että valon aallonpituus pitenee ja se siirtyy kohti spektrin punaista päätä. Ilmiö on seurausta Albert Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta, joka kuvaa gravitaatiota aika-avaruuden kaareutumisena. Kun fotoni, valohiukkanen, liikkuu gravitaatiokuopasta pois, sen energia vähenee, mikä ilmenee taajuuden laskuna.

Gravitaatiopunasiirtymä on havaittu useissa kokeissa. Ensimmäinen merkittävä todiste tuli vuonna 1925 Arthur Comptonin tekemistä mittauksista. Myöhemmin ilmiötä on varmistettu tarkemmin muun muassa Maan pinnalla ja aurinkokunnassa tehdyillä mittauksilla. Astronomiassa gravitaatiopunasiirtymää käytetään esimerkiksi tutkittaessa tähtiä, mustia aukkoja ja muita kompakteja taivaankappaleita, joiden gravitaatiokentät ovat erittäin voimakkaita. Tähtien valon gravitaatiopunasiirtymä kertoo niiden massasta ja koosta. Mustien aukkojen tapauksessa gravitaatiopunasiirtymä voi olla niin suuri, että horisontin läheisyydestä tuleva valo menettää kaiken energiansa ja siitä tulee näkymätöntä.

Ilmiö eroaa Doppler-ilmiöstä, joka johtuu valonlähteen liikkeestä havaitsijaan nähden. Gravitaatiopunasiirtymä johtuu puhtaasti gravitaatiokentän vaikutuksesta aika-avaruuden rakenteeseen. Vaikka gravitaatiopunasiirtymä on yleensä pieni Maan kaltaisilla kappaleilla, se on merkittävä voimakkaissa gravitaatiokentissä.