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Edwin Hubble hizo importantes contribuciones a la ciencia. Observó un cambio en la frecuencia luminosa de las galaxias y aportó pruebas decisivas sobre la velocidad de recesión de las galaxias. Esta observación condujo a la formación de la ley de Hubble, que examinamos en detalle en esta explicación.
La velocidad de recesión o velocidad de recesión es la velocidad a la que los objetos se alejan de un observador debido a la expansión del universo.
La ley de Hubble explicada
Edwin Hubble estudió objetos conocidos como nebulosas, y sus estudios de doctorado se centraron en las observaciones de nebulosas con forma de espiral. En aquella época, había dos teorías sobre lo que eran las nebulosas espirales:
- Las nebulosas espirales formaban parte de la Vía Láctea o eran nebulosas situadas fuera del plano galáctico.
- Las nebulosas espirales eran galaxias muy alejadas de la nuestra.
Tras observar la luz emitida por las nebulosas espirales, Hubble empezó a notar un patrón: cuanto más alejadas estaban las nebulosas de la Tierra, más se desplazaba la luz (desplazamiento Doppler) hacia la parte roja del espectro. Al medir el desplazamiento al rojo de 20 nebulosas espirales, Hubble llegó a la conclusión de que las galaxias se alejan de nosotros a velocidades proporcionales a su distancia. Esto significa que cuanto más lejos está una galaxia de la Tierra, más rápidamente se aleja de nosotros. En otras palabras, la velocidad de una galaxia aumenta cuanto más se aleja de la Tierra. Esto se conoce como la ley de Hubble.
La ley de Hubble es la observación de que las galaxias se alejan de nosotros con una velocidad que es proporcional a su distancia a nosotros. En otras palabras, las galaxias más lejanas se alejan más rápidamente que las galaxias más cercanas.
Para comprender la ley de Hubble, debemos entender el efecto Doppler. En el efecto Doppler, un emisor de ondas se mueve con una determinada velocidad, y un observador recibe esta onda (en este caso, la luz).
Si el objeto se acerca al observador, la luz emitida se desplaza hacia el azul, lo que indica una disminución de la longitud de onda de la luz. Si el objeto se aleja del observador, la luz emitida se desplaza hacia el rojo, lo que indica un aumento de la longitud de onda de la luz.
Según las mediciones, el valor aceptado de la constante de Hubble es de 73,8 km/s/Mpc (kilómetros por segundo por megaparsec). Esta velocidad puede parecernos alta, pero no es ni el 0,1% de la velocidad de la luz.
El aumento de esta velocidad con la distancia y el tiempo predice que las galaxias podrían desaparecer de nuestro rango de visión en algún momento.
- Puedes consultar nuestra explicación sobre el Efecto Doppler para obtener más información y cálculos.
- Además, no te confundas entre la constante de Hubble y la velocidad a la que viajan las galaxias. Las galaxias se mueven a velocidades que dependen de lo lejos que estén.
Gráfico de la ley de Hubble
Para encontrar la relación entre la velocidad de recesión y la distancia, Hubble analizó más de 20 galaxias. En su análisis, trazó su distancia a la Tierra en pársecs frente a su velocidad. A continuación puedes ver los resultados de este gráfico:
A partir de ahí, Hubble llegó a la conclusión de que existe una relación lineal creciente entre la distancia y la velocidad.
Un pársec (pc) es una unidad de longitud utilizada para medir distancias más considerables fuera del Sistema Solar (distancias extrasolares). Un parsec equivale a la distancia recorrida por la luz en el espacio durante 3,26 años. Utilizando esta definición, Sirio, que es la estrella más brillante del Hemisferio Norte, está a 2,64 pársecs de la Tierra.
Ecuación de la ley de Hubble
La relación lineal obtenida por Hubble puede resumirse con esta sencilla ecuación:
\[v = H_0 \cdot D\]
Aquí, v es la velocidad de recesión en km/s, H0 es la pendiente de la línea (también conocida como constante de Hubble), y D es la distancia de la galaxia a la Tierra medida en Mpc.
Si te interesa, deberías visitar el sitio del Hubble de la NASA para informarte sobre cómo los astrónomos son capaces de medir con precisión la velocidad de expansión del universo (incluyendo el uso de una herramienta básica de la geometría conocida como paralaje).
Ejemplos de la ecuación de la ley de Hubble
Utilizando la ecuación anterior, podemos obtener la velocidad de las galaxias que se alejan.
Calcula la velocidad de la galaxia NGC 55 si se encuentra a una distancia de dos megaparsecs de la Tierra.
En primer lugar, tenemos que calcular la distancia, y para ello debemos convertir de pársecs a kilómetros. Sabemos que un pársec es una distancia recorrida por la luz en 3,26 años luz. Si la distancia recorrida por la luz en el vacío en un segundo es de 300.000.000 m, debemos multiplicar la distancia por el número de segundos de un año, que es de 31.556.926 segundos, y multiplicarlo por 3,26.
\text[\text{Distancia recorrida por la luz en un año} = 31.556.926 \cdot (3 \cdot 10^8) = 9,4671 \cdot 10^{15}m\].
\text[\text{Distancia entre Parsecs} = 3,086 \cdot 10^{16}m\]
La galaxia NGC 55 está a dos megapársecs, así que ahora tenemos que multiplicar la distancia en pársecs por el pársec a NGC 55.
\[\text{NGC} \space 55 \text{(distancia)} = 2 \cdot 10^6 \cdot (3,086 \cdot 10^{16}) = 6,17 \cdot 10^{22} m\].
Ahora podemos sustituir esta información en la ecuación de la ley de Hubble y obtener la velocidad de la galaxia. Sin embargo, primero debemos convertir la constante de Hubble a metros por segundo y por metro.
\[H_0=\frac{73,8 \cdot 10^3}{3,086 \cdot 10^{16}} = 2,39 \cdot 10^{-12} 1/s\].Y ahora utilizamos la ecuación de la ley de Hubble:
\[v = 1,476 \cdot 10^{11} m/s\]
La ley de Hubble: galaxias desplazadas al rojo y al azul
Hubble hizo dos observaciones críticas: descubrió que las galaxias se alejan cada vez más de la nuestra y observó que cuanto más lejos están las galaxias, más se aceleran.
Casi todas las galaxias presentan un corrimiento al rojo en la luz visible, pero hay algunas que no. Estas galaxias presentan en cambio un desplazamiento azul , que es el resultado de las fuerzas gravitatorias.
El desplazamiento azul es la disminución de la longitud de onda emitida a medida que el emisor (el objeto que produce las ondas electromagnéticas) se acerca al observador.
Andrómeda es una de estas galaxias que presenta un desplazamiento azul. El desplazamiento azul de Andrómeda es producto de la atracción gravitatoria entre nuestra galaxia (la Vía Láctea) y Andrómeda, y se ha predicho que ambas colisionarán al cabo de unos millones de años.
¿Lo sabías? Como la ley de Hubble nos ayuda a calcular (aproximadamente) cuánto tiempo ha transcurrido desde que las galaxias empezaron a moverse, los investigadores pueden reunir información sobre las primeras etapas del universo y comprender mejor la teoría del Big Bang.
Expansión del universo
El descubrimiento de Hubble de galaxias que se alejaban de nuestro grupo local de galaxias sentó las bases de otras teorías sobre la expansión acelerada del universo. Las pruebas posteriores procedieron de la medición del desplazamiento al rojo de objetos estelares conocidos como supernovas. Las teorías predicen que el ritmo de expansión del universo aumentará a medida que avance el tiempo.
Una supernova de tipo 1a es una explosión resultante de la interacción de dos estrellas (más conocidas como sistema binario). En estos sistemas binarios, una estrella enana blanca y otra estrella orbitan estrechamente. La estrella enana blanca absorbe parte del gas de su compañera y, cuando alcanza una masa fija, explota.
Como la masa a la que se produce esta explosión es fija, la luminosidad es similar cada vez que ocurre. Una luminosidad casi constante puede proporcionar un flujo constante de radiación (luz), y los investigadores pueden utilizarlo para medir la distancia del sistema estelar. Las observaciones de estos sistemas binarios fueron las que ofrecieron pistas sobre la expansión del universo (las supernovas de tipo 1a se alejaban con el tiempo).
La Ley de Hubble - Puntos clave
- Edwin Hubble observó un cambio en la frecuencia luminosa de las galaxias y aportó pruebas decisivas sobre lavelocidad de recesión . Esta observación condujo a la formación de la ley de Hubble,
- La ley de Hubble es la observación de que las galaxias se alejan de nosotros con una velocidad proporcional a su distancia a nosotros. En otras palabras, las galaxias más lejanas se alejan más rápidamente que las galaxias más cercanas.
- Hubble llegó a la conclusión de queexisteunarelación lineal creciente entre la distancia y la velocidad.
- Casi todas las galaxias presentan un desplazamiento hacia el rojo en la luz visible, pero hay algunas que presentan en cambio un desplazamiento hacia el azul, que es el resultado de las fuerzas gravitatorias.
- La idea de un universo en expansión fue corroborada posteriormente por el estudio de supernovas de tipo 1a en otras galaxias.
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