Como você mede a velocidade de rotação de uma galáxia?

Quase todas as medidas de movimentos na astronomia usam uma lei da física específica, chamada de Efeito Doppler. Essa mudança no comprimento de onda (ou frequência, cor ou tom) de uma onda emitida por uma fonte em movimento foi primeiro descrita pelo físico Christian Doppler em 1882. Isso é familiar para todos nós, tenho certeza que você já notou que a sirene de uma ambulância muda o tom quando ela passa por você, ficando mais alto, quando ela se aproxima de você, e mais baixo quando vai ficando longe de você.

Esse é o mesmo efeito que acontece com a luz emitida por estrelas nas galáxias. Mas com as ondas de luz, mesmo grandes movimentos só geram um pequeno desvio na cor, mas mesmo assim nós somos capazes de medir usando um instrumento espectrógrafo, que divide a luz nos seus componentes de comprimentos de onda, permitindo aos astrônomos identificar feições específicas causadas por átomos nas estrelas ou no gás.

Uma dessas feições mais famosas é a linha do Hidrogênio-alfa, ou H-alfa, que está localizada precisamente em 656.28 nanômetros, para uma fonte que não está em movimento. Para medir a velocidade rotacional de uma galáxia, nós mapeamos a linha de H-alfa para a galáxia e então comparamos com o valor de uma fonte sem movimento. Se nós podemos ver que um lado da galáxia está desviado para o azul, se movendo na nossa direção, e o outro lado está sendo desviado para o vermelho, se movendo para longe de nós, com relação ao desvio para o vermelho central da galáxia, nós sabemos que ela está em rotação, e a quantidade de desvio da linha nos dá uma indicação do valor dessa rotação. 

É comum fazer isso usando um grande espectroscópio, que mede os desvios numa única linha espectral através da galáxia. Atualmente, com o poder da espectroscopia é possível gerar um mapa espectral completo da galáxia.

Outa técnica é usar um rádio telescópio, que tem como objetivo de medir a linha de emissão do hidrogênio nos 21 centímetros, que também revela a rotação de uma galáxia. A linha de 21 cm nos mostra onde o hidrogênio da galáxia está localizado, e como esse hidrogênio rotacional na nossa direção e para longe de nós com relação ao desvio para o vermelho central da galáxia, o desvio Doppler resultante alarga a linha de emissão simples em uma linha com dois picos, que está associada com o movimento em uma direção ou na outra.

Como podemos notar, é preciso levar em consideração o desvio médio da luz a partir do movimento da nossa própria galáxia. Isso quase sempre vai dar como resultado um desvio para o vermelho, já que inclui a expansão do universo, e também do movimento do nosso próprio sistema solar se aproximando ou afastando da galáxia que estamos observando, a rotação do nosso planeta, nossa órbita ao redor do Sol, o movimento do Sol na galáxia, e o movimento da galáxia no universo. Essas são quantidades conhecidas e qualquer medida extragaláctica deve ser feita levando tudo isso em consideração.

Fonte: Astronomy.com