ความเร็วแนวรัศมีและการวัดแบบดอปเปลอร์

การวัดความเร็วแนวรัศมีใช้การเลื่อนดอปเปลอร์ของเส้นสเปกตรัมเพื่อกำหนดว่าวัตถุเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากผู้สังเกตตามแนวสายตาเร็วแค่ไหน

Definition

ความเร็วแนวรัศมีคือองค์ประกอบของความเร็วของวัตถุตามแนวสายตาของผู้สังเกต ซึ่งวัดจากการเลื่อนดอปเปลอร์ของเส้นสเปกตรัมเมื่อเทียบกับความยาวคลื่นขณะหยุดนิ่ง

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการวัดความเร็วตามแนวสายตาจากการเลื่อนของเส้นสเปกตรัม รวมถึงการหาความสัมพันธ์ไขว้กับสเปกตรัมแม่แบบ เทคนิคความแม่นยำที่ใช้ในการตรวจจับการเคลื่อนที่สะท้อนกลับเล็กน้อยที่เกิดจากดาวเคราะห์นอกระบบ และการกำหนดเรดชิฟต์ของกาแล็กซีและควาซาร์ นอกจากนี้ยังกล่าวถึงการแก้ไขแบบแบรีเซนทริกและวิธีการอ้างอิงความยาวคลื่นที่ช่วยให้ได้ความแม่นยำสูง

Core questions

• การเลื่อนดอปเปลอร์ถูกแปลงเป็นความเร็วตามแนวสายตาได้อย่างไร?
• การหาความสัมพันธ์ไขว้กับสเปกตรัมแม่แบบให้ความเร็วที่แม่นยำได้อย่างไร?
• เทคนิคเครื่องมือและอ้างอิงใดบ้างที่ช่วยให้ได้ความแม่นยำระดับเมตรต่อวินาทีสำหรับการตรวจจับดาวเคราะห์นอกระบบ?
• เรดชิฟต์ของกาแล็กซีและควาซาร์ถูกวัดและแก้ไขให้เป็นกรอบมาตรฐานได้อย่างไร?

Key theories

การวัดความเร็วด้วยการหาความสัมพันธ์ไขว้

การเลื่อนสเปกตรัมแม่แบบเทียบกับสเปกตรัมที่สังเกตได้ และการหาค่าออฟเซ็ตที่ทำให้ความสัมพันธ์สูงสุด จะให้ความเร็วแนวรัศมีที่แม่นยำแม้สำหรับสเปกตรัมที่มีสัญญาณรบกวนหรือสเปกตรัมผสม

วิธีการสะท้อนกลับแบบดอปเปลอร์สำหรับดาวเคราะห์นอกระบบ

ดาวเคราะห์ทำให้ดาวฤกษ์แม่โคจรรอบจุดศูนย์กลางมวลร่วมกัน ซึ่งก่อให้เกิดสัญญาณความเร็วแนวรัศมีเป็นคาบ ซึ่งขนาดและคาบของสัญญาณจะเผยให้เห็นมวลและวงโคจรของดาวเคราะห์

Clinical relevance

ความเร็วแนวรัศมีเผยให้เห็นวงโคจรของดาวคู่และมวลของดาว การเคลื่อนที่สะท้อนกลับที่นำไปสู่การค้นพบดาวเคราะห์นอกระบบหลายร้อยดวง พลวัตของกระจุกดาวและกาแล็กซี และเรดชิฟต์ที่ใช้ในการทำแผนที่โครงสร้างขนาดใหญ่และการขยายตัวของจักรวาล

History

การเลื่อนดอปเปลอร์ถูกนำมาใช้ครั้งแรกสำหรับการเคลื่อนที่ของดาวในศตวรรษที่สิบเก้า วิธีการหาความสัมพันธ์ไขว้ทำให้การสำรวจเรดชิฟต์ของกาแล็กซีเป็นระบบ และสเปกโตรกราฟที่เสถียรพร้อมการอ้างอิงความยาวคลื่นที่แม่นยำในภายหลังได้บรรลุความแม่นยำที่ตรวจพบดาวเคราะห์นอกระบบดวงแรกที่โคจรรอบดาวฤกษ์ชนิดคล้ายดวงอาทิตย์

Seminal works

• mayorQueloz1995
• tonryDavis1979
• gray2005

Frequently asked questions

ความเร็วแนวรัศมีสามารถวัดการเคลื่อนที่ข้ามท้องฟ้าได้หรือไม่?

ไม่ได้ การเลื่อนดอปเปลอร์จะรับรู้เฉพาะการเคลื่อนที่เข้าหาหรือออกจากผู้สังเกตตามแนวสายตาเท่านั้น การเคลื่อนที่ข้ามท้องฟ้าจะวัดแยกต่างหากโดยการวัดตำแหน่งดาว (astrometry) ในรูปของการเคลื่อนที่เฉพาะ (proper motion)

เหตุใดจึงจำเป็นต้องมีการแก้ไขแบบแบรีเซนทริก?

การเคลื่อนที่โคจรและการหมุนของโลกจะเพิ่มการเลื่อนดอปเปลอร์ของตัวเอง การแก้ไขไปยังจุดศูนย์กลางมวลของระบบสุริยะ (solar-system barycenter) จะช่วยขจัดสิ่งนี้ออกไป เพื่อให้ความเร็วที่วัดได้สะท้อนถึงการเคลื่อนที่ที่แท้จริงของวัตถุ