Hoy vamos a hablar de uno de los principales teoremas de la
física y astrofísica modernas, que además no esconde ninguna dificultad a la
hora de ser explicado a casi cualquier tipo de público. Es el efecto Doppler,
causante de los fenómenos conocidos como corrimiento al rojo Doppler y
corrimiento al azul Doppler. Este consiste en el aparente cambio de frecuencia
de una onda en relación a la velocidad del observador con respecto a la fuente
de emisión en dicha onda.
En el sonido.
Como en cualquier onda, se produce un efecto Doppler
dependiendo de la velocidad del observador (con respecto a la fuente de
emisión, esto es tomando a la fuesnte como punto de referencia). Se puede
comprobar que si nos acercamos hacia una fuente de sonido F a una velocidad vo
, el sonido que percibiremos será algo más agudo que si nos encontrásemos
en reposo. Esto es porque la onda no la recibiremos a v (velocidad de
propagación) sino a v+vo, debido a esto y a que la longitud de onda
seguirá siendo una constante. Entonces aplicando
Tenemos que:
luego: fr>f.
Por tanto la frecuencia a la que
recibamos (fr=frecuencia relativa) la onda será aparentemente
mayor a la real. El mismo efecto tiene lugar al alejarnos de la fuente de emisión a una velocidad vo, por tanto recibiremos un sonido más grave que el original.
mayor a la real. El mismo efecto tiene lugar al alejarnos de la fuente de emisión a una velocidad vo, por tanto recibiremos un sonido más grave que el original.
luego: fr<f
Podemos hacer un sencillo experimento
para comprobar esto, en una calle cuando se aproxime una ambulancia con la
sirena, corremos en su dirección (por la acera) y en el momento en que se
empiece a alejar de nosotros el sonido que percibiremos será más grave que
antes.
En la luz
Como descubrió Hippolyte Fizeau en 1842, este efecto se
da también en ondas electromagnéticas, como es la luz. En concreto si
trabajamos con la luz visible, al acercarnos a la fuente, la onda aumentará su
frecuencia aparente, desplazando la luz hacia el color azul (el que tiene mayor
frecuencia), este efecto se denomina corrimiento al azul Doppler o blueshift.
El caso contrario, que nos alejemos, produce el corrimiento al rojo Doppler o
redshift. Este efecto es muy difícil de apreciar en la vida cotidiana, ya que
existe una enorme diferencia de magnitud entre nuestra velocidad y la de la
luz.
Sin embargo, si nos fijamos, existe una
manera de apreciar el efecto Doppler en nuestra vida. Teniendo en cuenta que el
universo se encuentra en expansión, todos los objetos se alejan unos de otros,
luego debería existir un redshift entre ellos. Efectivamente esto ocurre al contemplar el cielo, casi todas las luces
del firmamento nos llegan en una frecuencia corrida al rojo.
Sin duda todos hemos oído hablar de los “residuos”
del big bang que llegan a la tierra en forma de radiación de fondo de
microondas, bien, pues llegan en ese formato debido a que han sufrido un efecto
Doppler muy fuerte.
Efecto Doppler relativista.
Sin embargo, a veces el efecto Doppler no
se debe únicamente al acercamiento o alejamiento del observador respecto a la
fuente, existen otros fenómenos que pueden causar efectos parecidos. Estos
fenómenos son la expansión métrica del espacio, ya que al expandirse el espacio
que ocupa la onda esta se dilata y la dilatación temporal debido a la fuerza
gravitacional. Este último se llama efecto Doppler relativista y explica los
fenómenos; corrimiento al rojo gravitacional y corrimiento al azul
gravitacional, causados por la dilatación temporal ocurrida cerca de objetos
supermasivos (es decir “atraen” a la onda causando un descenso de velocidad).
Cerca de un agujero negro el efecto es tan fuerte que la onda “cae” hacia él.
