Ley de Hubble

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La ley de Hubble establece que las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a su distancia. Esta ley conduce al modelo del Universo en expansión y, retrocediendo en el tiempo, a la teoría del Big Bang. Fue formulada por primera vez por Edwin Hubble en 1929. Según la Ley de Hubble, la medida de la expansión del Universo viene dada por la Constante de Hubble. En 2003, los datos del satélite WMAP permitieron dar el valor de 74(km/s)/Mpc para esta constante. En 2006 los nuevos datos aportados por este satélite dieron el valor de 70 (km/s)/Mpc, +2.4/-3.2. De acuerdo con estos valores, el Universo tiene una edad próxima a los 14 mil millones de años.

Tabla de contenidos

1 Historia
2 El valor de la Constante de Hubble y la edad del Universo
3 Expresión matemática de la Ley de Hubble
- 3.1 Notas adicionales
4 Enlaces externos

[editar] Historia

En los años 20, Hubble comparó las distancias a las galaxias con sus respectivos corrimientos al rojo debidos a la recesión o alejamiento relativo entre ellas según el Efecto Doppler, encontrando entre ambas magnitudes una relación lineal, es decir, cuanto más lejos se halla una galaxia, mayor es su corrimiento al rojo. Al coeficiente de proporcionalidad se lo denomina Constante de Hubble, H₀. Hubble interpretó esta relación como una prueba de que el Universo se estaba expandiendo y que, por lo tanto, debió tener un origen. Posteriormente, los modelos teóricos cosmológicos basados en la Teoría de la Relatividad_General de Albert Einstein permitieron explicar esta expansión, ya que surge de forma natural a partir las ecuaciones de campo. El propio Einstein, quien creía en un principio en un Universo estático, introdujo de forma artificial un término extra a estas ecuaciones, denominado constante cosmológica, para evitar el fenómeno de la expansión. Tras los resultados publicados por Hubble, Einstein se retractó y retiró este término, al que denominó "el mayor error de mi carrera".

[editar] El valor de la Constante de Hubble y la edad del Universo

Durante el siglo XX, una de las prioridades de la cosmología fue el cálculo de la Constante de Hubble. Los primeros cálculos realizados por Hubble se basaban en los datos de corrimiento al rojo de 46 galaxias, dando un valor de unos 500 km/s/Mpc, según los cuales el Universo tendría sólo dos mil millones de años, un valor insuficiente ya en esa época, pues por los isótopos de las rocas se sabía que la edad de la Tierra era de unos 4500 millones de años. En 1956, Allan Sandage determinó el valor en 180 km/s/Mpc. Dos años después, el propio Sandage publicó un artículo con el valor de 75 (km/s)/Mpc, muy cercano al valor actual. Sin embargo, a principios de los 70 el valor estimado de H₀ variaba desde los 50 km/s/Mpc, hasta los 100 km/s/Mpc, según el método empleado. Según estos datos, la edad estimada del Universo iba desde los diez mil millones de años hasta los veinte mil millones de años aproximadamente. Evidentemente, se trataba de una incertidumbre excesiva que era preciso corregir. Los errores en la estimación de H₀ se debían principalmente a limitaciones instrumentales, por lo que cuando se lanzó el Telescopio Espacial Hubble, una de sus prioridades fue la determinación de H₀, en el marco del denominado Hubble Space Telescope Key Project, aprovechando las excepcionales capacidades de este intrumento. En 2001 se publicaron los resultados de este proyecto tras varios años de estudio, arrojando un valor para H₀ de 72±8 km/s/Mpc, según el cual la edad del Universo debía ser de unos diez mil millones de años, insuficiente para dar cuenta de las estrellas más antiguas de los cúmulos globulares, con una edad de unos catorce mil millones de años. Sin embargo, al mismo tiempo, observaciones de supernovas lejanas revelaron que la Constante de Hubble no lo es tal y que su valor cambia con el tiempo debido a la acción de la energía oscura. En concreto, la expansión del Universo se está acelerando debido a la acción de la energía oscura, por lo que la edad del Universo teniendo en cuenta esta aceleración se acerca a los catorce mil millones de años, lo que está de acuerdo con la edad de las estrellas más antiguas.

En 2001 fue lanzado el satélite WMAP destinado al estudio de la radiación de fondo de microondas. Esta radiación aporta datos sobre el Universo primigenio, incluyendo el valor de H₀, por lo que al estudiarla los cosmólogos disponen de un segundo método alternativo al corrimiento al rojo de galaxias para el cálculo de H₀. En 2003 se publicaron los primeros resultados del WMAP que daban un valor de 71±4 (km/s)/Mpc para H₀. En 2006, análisis más detallados de los datos han permitido estimar H₀ en 70 (km/s)/Mpc, +2.4/-3.2, siendo ésta la medida de la Constante de de Hubble de mayor precisión obtenida hasta la fecha.

También en 2006 el telescopio espacial de rayos X Chandra calculó H₀ mediante otro método independiente, obteniendo el valor de 77 km/s/Mpc.

[editar] Expresión matemática de la Ley de Hubble

La ley puede escribirse:

v = H₀ D, siendo

v la velocidad de recesión debida a la expansión del universo (generalmente en km/s)

D la distancia actual a la galaxia (en mega parsec Mpc).

H₀ la constante de Hubble

La ley de Hubble se puede derivar de su observación inicial suponiendo que el universo es homogéneo (las observaciones realizadas desde todos los puntos son las mismas) y se expande (o contrae).

[editar] Notas adicionales

La distancia D a galaxias cercanas se puede estimar comparando su brillo aparente, con su brillo absoluto teórico.

En cualquier caso, D ha de ser la distancia actual a la galaxia, no la que existía cuando la galaxia emitió la luz que hoy recibimos. Esta distancia es muy difícil de determinar.

La velocidad v se define como el ratio de variación de la distancia D.

Para galaxias relativamente cercanas, la velocidad puede determinarse mediante el corrimiento al rojo (z) empleando la fórmula v ≈ zc; siendo c la velocidad de la luz. Sin embargo, tan sólo debe considerarse la velocidad debida a la expansión del universo, al margen de otros movimientos relativos de las galaxias (movimiento peculiar).

Los sistemas con ligaduras gravitacionales, como las galaxias o el Sistema Solar, no se encuentran sujetos a la ley de Hubble y no se expanden.