Enunciado

Como a velocidade apartente de recessão dos quasars e galáxias situados a uma grande distância da Terra é próxima da velocidade da luz, é preciso usar a fórmula relativística do deslocamento Doppler (Eq. 37-31). Esse deslocamento é normalmente expresso em termos do desvio relativo para o vermelho z = Δ λ / λ 0 .

  1. Mostre que, em termos de z , o parâmetro de velocidade β = v / c é dado por:
  2. β = z 2 + 2 z z 2 + 2 z + 2

  3. No caso de um quasar descoberto em 1987, z   =   4,43 . Calcule o valor do parâmetro de velocidade.
  4. Determine a distância do quasar, supondo que a lei de Hubble é válida a essa distância.

Passo 1

Letra a)

A expressão para o comprimento de onda λ 0 em função do comprimento de onda λ 0 é:

λ 0 = λ 1 - β 1 + β

E sabemos que λ = λ 0 + Δ λ , então:

λ 0 = ( λ 0 + Δ λ ) 1 - β 1 + β

E dividindo dos dois lados por λ 0 temos:

1 = ( 1 + z ) 1 - β 1 + β

E agora precisamos isolar β . Vamos fazer algumas manipulações matemáticas:

1 ( 1 + z ) = 1 - β 1 + β

Elevando ao quadrado dos dois lados:

1 1 + z 2 = 1 - β 1 + β

Multiplicando cruzado:

1 - β 1 + z 2 = 1 + β

1 + z 2 - β 1 + z 2 = 1 + β

E agora isolando β :

1 + z 2 - 1 = β + β 1 + z 2

1 + z 2 - 1 1 + z 2 + 1 = β

E agora é só abrir os quadrados:

β = 1 + 2 z + z 2 - 1 1 + 2 z + z 2 + 1 = z 2 + 2 z z 2 + 2 z + 2

Passo 2

Letra b)

Usando a fórmula que acabamos que descobrir, para z = 4,43 o fator de velocidade β é:

β = z 2 + 2 z z 2 + 2 z + 2

β = ( 4,43 ) 2 + 2.4,43 ( 4,43 ) 2 + 2.4,43 + 2 = 0,934

Passo 3

Letra c)

A lei de Hubble é:

v = r H

E sabemos que v = β c , então o valor de r é:

r = v H = β c H

Usando o fator de velocidade encontrado no item anterior, é só substituir para achar r :

r = 0,934   .   3 × 10 8 0,0218 = 1,28 × 10 10 a n o s - l u z

Resposta

a ) β = 1 + 2 z + z 2 - 1 1 + 2 z + z 2 + 1 = z 2 + 2 z z 2 + 2 z + 2

b ) 0,934

c ) 1,28 × 10 10 a n o s - l u z

Ver Outros Exercícios desse livro