Un décalage vers le rouge est un décalage de la fréquence d’une onde électromagnétique provoqué par le mouvement d’un objet. La lumière des objets s’éloignant d’un observateur voit ses ondes lumineuses décalées vers la partie rouge du spectre. Le redshift est couramment observé en astronomie, en particulier dans l’observation d’objets très éloignés. L’effet n’est pas limité au rayonnement électromagnétique dans le domaine visible, bien que le terme se soit imposé parce que certains objets astronomiques en recul sont apparus en rouge.
Le redshift est le résultat de l’effet Doppler. L’effet Doppler s’applique aux ondes sonores ainsi qu’aux ondes électromagnétiques et est souvent ressenti par l’homme au quotidien. Le klaxon d’un train qui approche sonne plus haut que lorsque le train s’éloigne, même si le klaxon lui-même produit un son de hauteur constante. En effet, le son se déplace à une vitesse uniforme dans un milieu donné – c’est la fréquence de l’onde sonore qui change en fonction du mouvement du train. Un effet similaire se produit avec la lumière, avec une lumière de fréquence inférieure résultant d’une source qui s’éloigne dans l’espace.
Dans le spectre visible de la lumière, les ondes lumineuses à basse fréquence sont perçues par les humains comme étant rouges. Les ondes lumineuses à haute fréquence sont vues en bleu. Par conséquent, un décalage vers le rouge résultera de la lumière dont la source s’éloigne d’un observateur. Une galaxie, par exemple, qui s’éloigne de la Terre à grande vitesse peut apparaître de couleur rouge. De même, une galaxie en approche pourrait sembler bleue si sa vitesse se situait dans une certaine plage.
Bien que le terme redshift implique un changement de couleur, l’effet Doppler s’applique à l’ensemble du spectre électromagnétique. Tous les rayonnements, dont la lumière visible est un type, sont décalés en fonction de la vitesse relative de la source de rayonnement. Un objet astronomique qui s’éloigne à une vitesse suffisante peut décaler vers le rouge hors de l’ensemble du spectre visible, même au-delà du rouge. Le rayonnement résultant reçu par un observateur serait de l’ordre du rayonnement infrarouge, qui est invisible à l’œil nu. Ainsi, les astronomes utilisent le terme redshift pour indiquer tout déplacement du rayonnement vers les basses fréquences.
Dans les années 1920, l’astronome américain Edwin Hubble et d’autres ont observé que la plupart des galaxies semblaient être décalées vers le rouge, la quantité de décalage vers le rouge étant proportionnelle à leur distance de la Terre. Plus les galaxies étaient éloignées, plus elles semblaient s’éloigner rapidement de la Terre. Cette tendance s’appelle la loi de Hubble, et elle a fourni certaines des premières preuves soutenant un modèle d’univers en expansion qui a pour origine un Big Bang. Dans une explosion, les particules de vitesses variables augmentent toutes leurs distances par rapport à toutes les autres particules. Il en va de même dans un univers explosant : toutes les galaxies semblent s’éloigner de tout observateur.