¿Cómo saben los astrónomos la diferencia entre las estrellas que son diferentes cantidades de desplazamiento rojo frente a las estrellas que son simplemente de diferentes colores?

Para ver cómo funciona esto, debe comprender los conceptos básicos de la espectroscopia.

El factor clave en el color de una estrella es su temperatura. Cualquier objeto emitirá fotones en todas las longitudes de onda, en un patrón determinado por su temperatura:

Esto se llama “radiación del cuerpo negro”. El sol, por ejemplo, está a aproximadamente 5800K, y tiene una curva que alcanza su punto máximo en el rango de luz visible. Eso es “luz blanca”: una colección de esas frecuencias. La temperatura de un gigante rojo está más cerca de 4000 K, que tiene mucha más luz roja y mucho menos de los otros colores. Por eso es rojo.

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Todo eso es completamente independiente del material real. Calienta cualquier cosa a esa temperatura y brilla del mismo color. El filamento de una bombilla emite luz a alrededor de 3.000 K, y se obtiene la luz “cálida” que se desplaza a los rojos. Una bombilla de alta temperatura estará más caliente, más cerca de 4000K; tendrá más azul y se interpretará como “más fresco” (aunque en realidad hace más calor).

(Tenga en cuenta que todo eso es en realidad más cálido que la mayoría de los gigantes rojos. Son rojos en comparación con el sol. La luz del día es en realidad más roja que la temperatura del sol porque la atmósfera dispersa gran parte de la luz azul, lo que hace que la luz sea “más cálida” “.)

Sin embargo, el material del cuerpo brillante no se ve completamente afectado por la luz. Las moléculas y los átomos individuales absorberán algunas frecuencias. Absorben frecuencias muy específicas, de hecho, las que permiten que los electrones salten de un nivel de energía a otro, según lo regula la mecánica cuántica. Si observa un espectro muy de cerca, puede ver pequeños huecos donde los átomos han absorbido frecuencias particulares:

Hay una línea en rojo que corresponde al primer electrón en un átomo de hidrógeno, y otra en la naranja que corresponde a un electrón en helio. De hecho, así fue como se descubrió el helio: la gente vio esa banda en el espectro y pensó que debía corresponder a algo. De hecho, puedes bombear electricidad al hidrógeno y hacer que emita esa luz, invirtiendo el proceso, y obtienes el mismo color:

Hay otra línea en el rango rojo-verde que corresponde a un salto de dos electrones de un electrón. Los patrones son distintivos de ese tipo de átomo: será el mismo en cualquier parte del universo. Los átomos de hidrógeno y helio en el sol son EXACTAMENTE iguales que en la Tierra, y absorben la luz de la misma manera.

Entonces, ahora finalmente estamos listos para responder la pregunta. Puedes ver la diferencia entre una estrella desplazada al rojo y un gigante rojo al examinar los patrones de absorción. Una estrella roja será más roja, pero las líneas estarán exactamente en el mismo lugar.

Pero el desplazamiento al rojo hace que todo el patrón cambie, de manera predecible. (Consulte la ilustración en la respuesta del usuario de Quora.) La velocidad relativa hace que cada longitud de onda parezca más larga, de manera similar a la forma en que las ondas de sonido se hacen más profundas para un objeto que se aleja de usted. (Escuche el gemido de una ambulancia a medida que pasa, pasando de repente de “acercarse” a “alejarse”). Este fenómeno se conoce como el efecto Doppler.

Al observar las líneas, podemos decir de qué está hecha la estrella. Y al observar dónde aparecen esas líneas, podemos decir qué tan rápido se mueve la estrella. Cambios muy pequeños en esos nos ayudan a determinar qué estrellas tienen planetas: el movimiento del planeta provoca un bamboleo, haciendo que la estrella cambie alternativamente al rojo y al azul. Se necesitan instrumentos muy sensibles para verlo, pero ha sido increíblemente efectivo para encontrar planetas en otros sistemas solares.