Lei de Hubble

Definição

A Lei de Hubble é a lei de que a velocidade de recessão de galáxias distantes da nossa é proporcional à sua distância de nós.

A declaração da lei do Hubble é apresentada como: Para galáxias distantes, o desvio para o vermelho no espectro é diretamente proporcional à sua distância.

A lei de Hubble também é conhecida como lei de Hubble-Lemaitre, estudada em cosmologia física. Somente com a ajuda da lei de Hubble o universo pode expandir e cumprir o princípio cosmológico.

O que é a lei de Hubble?

A Lei de Hubble é uma descrição de uma observação feita por Edwin Hubble em 1929.

Hubble observou que os objetos no universo pareciam estar se afastando um do outro e que quanto mais uma galáxia era de um observador, mais rápido se movia. Essa observação é usada como base para a constante de Hubble, uma estimativa da taxa de expansão da galáxia, que é um conceito importante em cosmologia, usada para apoiar uma série de discussões sobre a natureza do universo.

A constante de Hubble é na verdade melhor denominada “variável de Hubble”, porque depende do tempo.

As observações feitas pelo Hubble foram baseadas no uso de espectroscopia para observar o desvio para o vermelho das galáxias que ele estava observando. O desvio para o vermelho, o resultado do Efeito Doppler, que faz com que uma onda mude de frequência quando o objeto que emite a onda se move em relação ao observador, é uma mudança no espectro da luz emitida por uma galáxia em direção à extremidade vermelha do espectro.

O desvio para o vermelho ocorre quando as galáxias estão se afastando em relação ao observador. As galáxias que se deslocam em direção a um observador passam pelo que é conhecido como desvio para o azul, com a luz se movendo para o extremo azul do espectro.

As observações de Hubble o levaram a entender que as galáxias estavam se afastando e que, além disso, quanto mais distante uma galáxia estava, mais rápido ela se movia.

Este é o fundamento da Lei de Hubble e um fundamento da teoria do universo em expansão.

É importante estar ciente do fato de que esse fenômeno pode ser observado de qualquer lugar do universo.

O universo, como se vê, tem muito em comum com um muffin de semente de papoula: à medida que o universo/bolinho se expande, as galáxias/sementes de papoula no interior se afastam umas das outras.

A lei de Hubble às vezes é expressa com esta equação: V = H0D.

A equação reflete a relação entre velocidade, determinada com o auxílio da espectroscopia; Constante de Hubble, refletindo a taxa de expansão que ocorre no universo; e distância.

Vários valores diferentes para a constante de Hubble foram alcançados por cosmólogos.

Acredita-se que os valores mais precisos tenham sido determinados com a assistência do famoso telescópio com o nome de Hubble. Acredita-se que, desde 2009, o Hubble’s Constant tenha cerca de 74 quilômetros por segundo para cada megaparseg de distância.

Velocidade e distância não podem ser medidas diretamente. Isso significa que os dados obtidos com a assistência da Lei de Hubble podem estar errados.

De fato, houve breves argumentos desde 1929 sobre a Lei de Hubble e suas implicações para a natureza do universo.

Descoberta

Na década anterior à observação de Hubble, vários físicos e matemáticos haviam estabelecido uma teoria consistente da relação entre espaço e tempo, usando a equação de campo da relatividade geral de Einstein.

A aplicação dos princípios mais gerais à questão da natureza do universo produziu uma solução dinâmica que conflitava com a noção então predominante de um universo estático.

No entanto, alguns cientistas continuaram a perseguir o universo dinâmico e descobriram que ele poderia ser caracterizado por uma métrica que ficou conhecida após seus descobridores, a saber Friedmann, Lemaître, Robertson e Walker. Quando essa métrica foi aplicada às equações de Einstein, surgiram as chamadas equações de Friedmann, que caracterizaram a expansão do universo com base em um parâmetro conhecido hoje como fator de escala que pode ser considerado uma forma invariável de escala da constante proporcional da lei de Hubble.

Essa ideia de um espaço-tempo em expansão acabaria levando às teorias do Big Bang e do Estado estável.

Antes do advento da cosmologia moderna, houve uma conversa considerável sobre qual era o tamanho e a forma do universo.

Em 1920, ocorreu um famoso debate entre Harlow Shapley e Heber D. Curtis sobre essa mesma questão, com Shapley defendendo um universo pequeno do tamanho da nossa galáxia Via Láctea e Curtis argumentando que o universo era muito maior.

O problema seria resolvido na próxima década com as observações aprimoradas do Hubble.

Edwin Hubble fez a maior parte de seu trabalho profissional de observação astronômica no observatório Mount Wilson, na época o telescópio mais poderoso do mundo. Suas observações das estrelas variáveis cefeidas nas nebulosas espirais permitiram calcular as distâncias desses objetos. Surpreendentemente, esses objetos foram descobertos a distâncias que os colocaram bem fora da Via Láctea.

As nebulosas foram descritas pela primeira vez como “universos insulares” e foi apenas mais tarde que a apelida “galáxia” seria aplicada a eles.

Combinando suas medições das distâncias das galáxias com as medidas de Vesto Slipher dos desvios de vermelho associados às galáxias, Hubble descobriu uma proporcionalidade aproximada das distâncias dos objetos com seus desvios de vermelho. Embora tenha havido uma dispersão considerável (agora conhecida por ser devido a velocidades peculiares), o Hubble conseguiu traçar uma linha de tendência das 46 galáxias que ele estudou e obteve um valor para a constante do Hubble de 500 km/s/Mpc, que é muito maior que o valor atualmente aceito devido a erros nas calibrações de distância.

Tais erros na determinação da distância continuam a atormentar os astrônomos modernos.

Em 1958, a primeira boa estimativa de H0, 75 km s/Mpc, foi publicada (por Allan Sandage). Mas levaria décadas até que um consenso fosse alcançado.

Depois que a descoberta de Hubble foi publicada, Albert Einstein abandonou seu trabalho na constante cosmológica que ele havia projetado para permitir uma solução estática para suas equações.

Mais tarde, ele chamaria esse trabalho de seu “maior erro”, pois a crença em um universo estático foi o que o impediu de prever o universo em expansão.

Einstein faria uma famosa viagem ao Monte Wilson em 1931 para agradecer ao Hubble por fornecer a base de observação para a cosmologia moderna.

O universo está se expandindo?

Desde que a teoria da relatividade geral de Einstein foi aplicada ao que se sabe sobre o universo como um todo, suspeita-se que o universo estivesse se expandindo.

Quando Edwin Hubble e Milton Humason descobriram na década de 1920 que praticamente todas as galáxias no céu estavam se afastando de nós a grandes velocidades, isso aumentou as suspeitas de que o universo estava se expandindo rapidamente.

No entanto, não foi até 2000 que evidências decisivas foram finalmente encontradas a favor da expansão do universo, na forma de extensas pesquisas no desvio para o vermelho de objetos muito distantes.

O universo em expansão é frequentemente citado como o achado mais significativo da cosmologia moderna.

Na época de Einstein, a teoria do estado estacionário era a predominante, que afirmava que o universo permanecia equilibrado no mesmo tamanho. Einstein, cujas equações previam expansão ou contração universal, mas não estase, introduziu artificialmente uma variável estabilizadora em suas equações, denominada “constante cosmológica”.

Depois de perceber pelas observações de Hubble que o universo provavelmente estava se expandindo, mais tarde ele chamou isso de seu “maior erro”.

O fenômeno que primeiro levou cosmólogos e astrônomos a prever um universo em expansão foi a análise de desvio para o vermelho de Hubble.

Usando o Observatório Mount Wilson, que era o melhor telescópio do mundo na época, o Hubble viu galáxias distantes e viu que elas pareciam ficar cada vez mais vermelhas. Ele olhou para mais longe no espaço e, por extensão, também mais para trás no tempo, pois a luz leva muitos bilhões de anos para viajar dessas galáxias para a Terra. Como o fator de vermelhidão se correlacionou tão bem com os aumentos na distância, Hubble suspeitou que este fosse um fenômeno confiável com uma causa física.

A causa foi determinada da seguinte forma: à medida que o universo se expande, o espaço subjacente aumenta de volume, mas a luz que viaja através dele permanece a mesma.

O espaço em expansão estende o comprimento de onda da luz, tornando-a mais longa e, portanto, mais vermelha. Uma analogia às vezes usada são pontos na superfície de um balão em expansão.

Desenhe um padrão de onda em um balão e, enquanto o explode, observe como a onda se estende e se torna mais longa. Este é o mesmo princípio por trás do fenômeno do desvio para o vermelho.

Em 1998, descobriu-se não apenas que o universo está se expandindo, mas que provavelmente está se expandindo a um ritmo acelerado. A razão física para isso é atribuída a uma misteriosa “energia escura”, assim chamada porque mal sabemos algo sobre isso.

Fonte: hosting.astro.cornell.edu/hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/www.wisegeek.org/www.dictionary.com/starchild.gsfc.nasa.gov/www.e-education.psu.edu/byjus.com/www.cs.mcgill.ca