Debido a que la luz tiene una naturaleza ondulatoria, muestra un cambio doppler cuando la fuente de luz y el observador se mueven uno con respecto al otro. Estamos más familiarizados con el cambio doppler en relación con el sonido. Cuando una ambulancia se acerca, el sonido de su bocina tiene un tono más alto y cuando se aleja de usted, escucha un tono más bajo (frecuencia). Las frecuencias de luz no están asociadas con el tono, sino con el color. El extremo azul del espectro visible tiene una frecuencia más alta y el extremo rojo una frecuencia más baja. En el espectro de una estrella podemos ver líneas de absorción que tienen una frecuencia específica bien conocida. Si la estrella se mueve hacia la Tierra (o la Tierra hacia la estrella), esta línea de absorción se desplaza hacia una frecuencia más alta, por lo que se desplaza hacia el azul. Si la estrella se aleja de nosotros, la frecuencia se desplaza hacia la frecuencia más baja (desplazada hacia el rojo). Algunas líneas de absorción son visibles en cada tipo de estrella, por ejemplo, las líneas de absorción de hidrógeno y helio, por lo que si toma el espectro de una galaxia completa, la luz combinada de todas sus estrellas, nuevamente vemos estas líneas de absorción características.
En la década de 1920, Edwin Hubble tomó los espectros de docenas de galaxias y, al mismo tiempo, midió sus distancias, principalmente con la ayuda de un tipo de estrella variable, las cefeidas. Descubrió que, a excepción de las pocas galaxias muy cercanas a nosotros, como la galaxia de Andrómeda, todas las galaxias mostraban líneas de absorción desplazadas hacia el rojo. Entonces tuvieron que alejarse de nosotros. Además de eso, descubrió que si la distancia era dos veces mayor, también lo era la cantidad de desplazamiento al rojo y, por lo tanto, la velocidad de retroceso. Eso se parece mucho a una expansión general del universo.
Aquí hay algunos ejemplos de este fenómeno. Dos líneas características se denotan con H y K. Cuanto mayor sea la distancia, más se desplazarán estas líneas al rojo (en esta imagen a la derecha)
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Entonces, no se trata de que la galaxia se vea más roja, se trata del cambio doppler de la frecuencia de líneas de absorción específicas bien conocidas.
