Ley de Hubble manifiesta que la velocidad aparente de una galaxia que se aleja de nosotros es directamente proporcional a la distancia a ella.
Al regreso de la Primera Guerra Mundial, Edwin Hubble tomó un trabajo en el Observatorio Astronómico Mount Wilson en el sur de California; que en esos años era el mejor del mundo en términos de equipamiento. Utilizando su telescopio reflector más moderno en su tiempo con un espejo principal de 2,5 m de diámetro; llevó a cabo una serie de medidas interesantes que cambiaron para siempre nuestra comprensión del universo. En realidad, Hubble tenía la intención de investigar un viejo problema astronómico: la naturaleza de las nebulosas. Estos misteriosos objetos, desde el siglo XVIII, han preocupado a los científicos con el misterio de su origen.
En el siglo XX, algunas de estas nebulosas se habían convertido en estrellas y se habían disipado; pero la mayoría de las nubes seguían siendo nebulosas, y por naturaleza en particular. Aquí los científicos hicieron la pregunta: ¿dónde, de hecho, se encuentran estas formaciones nebulosas, en nuestra galaxia? Antes de la puesta en servicio del telescopio en el monte Wilson en 1917, esta cuestión era puramente teórica; ya que no existían medios técnicos para medir las distancias a estas nebulosas. Hubble comenzó su investigación con la nebulosa de Andrómeda, quizás la más popular desde tiempos inmemoriales. En 1923, pudo ver que las afueras de esta nebulosa son cúmulos de estrellas individuales, algunas de las cuales pertenecen a la clase de variables Cefeidas según la clasificación astronómica.
Aplicación de la ley de Hubble
Al observar la variable Cefeida durante un tiempo suficientemente largo, los astrónomos miden el período de su cambio de luminosidad y luego; utilizando la dependencia período-luminosidad, determinan la cantidad de luz emitida por ella. Para comprender mejor cuál es el siguiente paso, aquí hay una analogía. Imagina que estás de pie en una noche terriblemente oscura, y en la distancia, alguien enciende una lámpara eléctrica. Dado que no puede ver nada más que esta luz distante a su alrededor, es casi imposible para usted determinar la distancia hasta ella. Tal vez sea muy brillante y brille muy lejos, o tal vez sea tenue y brille cerca. ¿Cómo determinar esto? Ahora imagine que de alguna manera logró averiguar la potencia de la lámpara, digamos de 60 a unos 150 vatios.
La tarea se simplifica, ya que por la luminosidad aparente se puede estimar aproximadamente la distancia geométrica a ella. Entonces al medir el período de cambio en la luminosidad de la Cefeida; el astrónomo se encuentra aproximadamente en la misma situación que tú, calculando la distancia a la lámpara distante, conociendo su luminosidad. Lo primero que hizo Hubble fue calcular la distancia a las Cefeidas en las afueras de la nebulosa de Andrómeda; y por lo tanto, a la nebulosa unos 900.000 años luz de distancia a la galaxia de Andrómeda, como es llama ahora, es 2,3 millones de años luz. Es decir, la nebulosa está mucho más allá de la Vía Láctea, nuestra galaxia.
Habiendo observado esta y otras nebulosas, Hubble llegó a una conclusión básica sobre la estructura del Universo; que consiste en un conjunto de enormes cúmulos de estrellas y galaxias. Son ellos los que nos aparecen en el cielo como distantes nubes de niebla; ya que simplemente no podemos ver estrellas individuales a una distancia tan grande. Este descubrimiento por sí solo, de hecho, habría sido más que suficiente para el Hubble del reconocimiento mundial de sus servicios a la ciencia. El científico, sin embargo, no se detuvo ahí y advirtió otro aspecto importante en los datos obtenidos; que los astrónomos observaron antes, pero que les resultó difícil de interpretar.
La longitud observada de las ondas de luz espectral emitidas por átomos de galaxias distantes es algo menor que la longitud de las ondas espectrales emitidas por los mismos átomos en los laboratorios terrestres. Es decir, en el espectro de emisión de las galaxias vecinas, un cuanto de luz emitido por un átomo cuando un electrón salta de una órbita a otra; se desplaza en frecuencia en la dirección de la parte roja del espectro en comparación con un cuanto similar emitido por el mismo átomo en la Tierra. Hubble se tomó la libertad de interpretar esta observación como una manifestación del efecto Doppler; lo que significa que todas las galaxias vecinas observadas se están alejando de la Tierra.
Formulación de la ley Hubble
Prácticamente todos los objetos galácticos más allá de la Vía Láctea hay un cambio espectral rojo proporcional a la velocidad de su eliminación. Lo más importante es que Hubble pudo comparar los resultados de sus mediciones de distancias a galaxias vecinas basadas en observaciones de cefeidas variables con mediciones de sus velocidades de recesión. Y Hubble descubrió que cuanto más lejos está una galaxia de nosotros, más rápido se aleja. Este mismo fenómeno de la recesión centrípeta del Universo visible con una velocidad creciente con la distancia desde el punto de observación local se llama ley de Hubble. Matemáticamente, está formulado de manera muy simple.
v = Hr
Donde v es la velocidad de la distancia de la galaxia a nosotros, r es la distancia a ella y H es la llamada constante de Hubble. Este último se determina experimentalmente, y hoy se estima en aproximadamente 70 km / (s Mpc) (kilómetros por segundo por megaparsec; 1 Mpc equivale aproximadamente a 3,3 millones de años luz). Esto significa que una galaxia a 10 Mpc distante de nosotros se nos escapa a una velocidad de 700 km / s; una galaxia a 100 Mpc distante a una velocidad de 7000 km / s, etc. Aunque inicialmente Hubble llegó a esta ley como un Como resultado de observar sólo unas pocas galaxias más cercanas a nosotros; ninguna de las muchas nuevas galaxias del Universo visible descubiertas desde entonces, cada vez más distantes de la Vía Láctea, no cae fuera de esta ley.
Entonces, la principal y, al parecer, increíble consecuencia de la ley de Hubble: ¡el Universo se está expandiendo! Para mí, esta imagen se presenta más vívidamente de la siguiente manera: las galaxias son pasas en una masa de levadura que emerge rápidamente. Imagínese como una criatura microscópica en una de las pasas, cuya masa parece transparente. A medida que la masa sube, todas las demás pasas se alejan de ti, y cuanto más lejos están las pasas, más rápido se alejan de ti (ya que hay más masa en expansión entre tú y las pasas distantes que entre tú y las pasas cercanas). Al mismo tiempo, te parecerá que eres tú quien está en el centro mismo de la prueba universal en expansión, y no hay nada extraño en esto; si estuvieras en una pasa diferente, todo te aparecería exactamente en el mismo camino.
De la misma manera, las galaxias se dispersan por una simple razón; la misma estructura del espacio mundial se está expandiendo. Todos los observadores se consideran en el centro del universo. Esto fue mejor formulado por el pensador del siglo XV Nikolai Kubzansky: «Cualquier punto es el centro de un universo infinito». Sin embargo, la ley de Hubble también nos dice algo más sobre la naturaleza del Universo, y este «algo» es simplemente algo extraordinario. El universo tuvo un comienzo en el tiempo. Y esta es una conclusión muy simple: basta con tomar y retroceder mentalmente una película convencional de la expansión del Universo que estamos observando.
Llegaremos al punto en que toda la sustancia del universo se comprimió en una densa bulto de protomateria, encerrado en un volumen muy pequeño en comparación con la escala actual del Universo. El concepto del Universo, nacido de un grupo superdenso de materia supercaliente y desde entonces expandiéndose y enfriándose; se llamó la teoría del Big Bang, y hoy no existe un modelo cosmológico más exitoso del origen y evolución del Universo. Por cierto, la ley de Hubble también ayuda a estimar la edad del Universo (por supuesto, de una manera muy simplificada y aproximada). Suponga que todas las galaxias desde el principio se alejaron de nosotros con la misma velocidad v que observamos hoy. Sea t el tiempo transcurrido desde el inicio de su expansión. Esta será la edad del Universo, y está determinada por las proporciones:
v x t = r ó t = r / V
En la cual la ley de Hubble sugiere lo siguiente
r / v = 1 / H
donde H es la constante de Hubble. Esto significa que midiendo la velocidad de remoción de las galaxias exteriores y determinando experimentalmente H , obtenemos una estimación del tiempo durante el cual las galaxias se dispersan. Este es el tiempo estimado de existencia del universo. Trate de recordar las estimaciones más recientes indican que nuestro universo tiene unos 15 mil millones de años, más o menos unos pocos miles de millones de años. A modo de comparación, se estima que la Tierra tiene 4.500 millones de años y la vida comenzó en ella hace unos 4.000 millones de años.
