Rotverschiebungen

Rotverschiebung beschreibt die Verschiebung elektromagnetischer Strahlung zu längeren Wellenlängen. Der Rotverschiebungsparameter z wird definiert als z = (λ_obs − λ_emit)/λ_emit, wobei λ_obs die beobachtete und λ_emit die emittierte Wellenlänge ist. Positive Werte bedeuten Rotverschiebung, negative Blaufärbung.

Ursachen lassen sich in drei Kategorien einteilen: kosmologische Rotverschiebung durch die Ausdehnung des Universums, Doppler-Rotverschiebung durch relative Bewegung von Quelle und Beobachter, und Gravitationsrotverschiebung durch das Gravitationspotential. Kosmologisch ist 1+z = a_0 / a_em, wobei a die Skalenfaktor des Universums ist. Bei der Doppler-Rotverschiebung gilt z ≈ v/c für kleine Geschwindigkeiten; bei höheren z sind relativistische Korrekturen nötig. Gravitationsrotverschiebung folgt aus der Energieerhöhung von Photonen beim Verlassen eines Gravitationsfeldes und kann zusammen mit anderen Effekten auftreten.

Rotverschiebungen werden durch Messung von Spektrallinien bestimmt: Man vergleicht beobachtete Linien mit bekannten Labellinien und berechnet z. Aus z lassen sich Entfernungen ableiten: bei kleinen z gilt v ≈ H0 d (Hubble-Gesetz), während für größere z Entfernungen und Zeiten in der ΛCDM-Kosmologie durch Integrationen über die kosmologischen Parameter bestimmt werden.

Distanzen und Rotverschiebungen spielen eine zentrale Rolle in der modernen Astronomie: Galaxien, Quasare und Supernovae liefern rote Verschiebungswerte bis zu z > 7; der kosmische Mikrowellenhintergrund hat z ≈ 1100. Lokale Rotverschiebungen werden oft durch sogenannte Peculiar Velocities beeinflusst.