La expansión del Universo

Articulo ampliado por sugerencia de Andres Rissi (los agregados en italica).

A principios de 1900 Edwin Hubble, utilizando uno de los mas grandes telescopios del mundo en ese momento, tomo los primeros espectros de las galaxias mas brillantes.

Edwin Hubble.

Ya diez años antes, en 1919, Shapley habia notado que las galaxias parecian alejarse de la Via Lactea.

Hubble confirmo que la enorme mayoria de las galaxias mostraban por medio del efecto Doppler de sus espectros, velocidades de alejamiento, ahora conocido tambien como corrimiento al rojo.

Tambien noto que cuanto mas debiles y pequeñas eran las galaxias, mayor corrimiento al rojo mostraban. Esto parecia significar que las galaxias cuanto mas lejanas (por ser mas debiles y menores en tamaño en el cielo), mayor velocidad de alejamiento presentaban.

Hubble decia “las galaxias presentan un corrimiento al rojo. Una posibilidad es que este corrimiento al rojo se deba a un alejamiento de las galaxias”.

Posteriomente, logro medir mas que intuir esta relacion, y demostro que realmente las galaxias estaban distribuidas segun se velocidad de alejamiento y distancia.

Imagen muy conocida y clara sobre como se ven distintos cumulos de galaxias, su distancia en años-luz (con una constante de Hubble de 50 km/seg). Nota que las galaxias cuanto mas lejanas son mas pequeñas. En detalle por ejemplo, la primera Virgo es mucho mayor que la ultima Hydra. A la derecha pueden verse los espectros de las galaxias, segun el detalle abajo.  

Detalle del diagrama anterior. Arriba y abajo del espectro real de la galaxia, estan los de comparacion. Con ellos se ve la diferencia sobre como las lineas marcadas como H K son las lineas que se van corriendo al rojo (hacia la derecha).

Este dato da a entender que el Universo, si hoy se esta expandiendo, ayer era de menor tamaño, y hace 1 millon de años menor aun, tal vez significando que habia surgido de un evento unico. Es una de las primeras evidencias del Big-Bang.

Existe una relacion entonces, segun la constante de Hubble (conocida tambien como Ho), que relaciona la distacia de las galaxias con la velocidad de alejamiento. Hubble calculo la constante por primera vez casi diez veces mayor de la que se considera hoy el valor correcto.

Ho fue cambiando y bajando su valor con el tiempo. Actualmente se considera que esta entre 60 y 70 km/seg por Megaparsec (Mpc).

Diagrama de Hubble, o de distancias con respecto a su corrimiento al rojo. Esta trazado para tres constantes Ho: 50, 67 y 100 km/seg/Mpc. 67 es un valor bastante aceptado como correcto actualmente.

Que significa esto?

Que con una Ho = 60, una galaxia a 1 Mpc, se aleja a 60 km/seg, a 2 Mpc, a 120 km /seg, a 3 Mpc a 180 km./seg, etc.

Esto permite medir ahora las distancias de las galaxias. Si puedo saber la velocidad con la que se aleja una galaxia por medio del efecto Doppler, puedo deducir su distancia.

 La relacion es:

Distancia en Megaparsecs = Velocidad de alejamiento / Ho.

Esta formula es para bajas velocidades, sino hay que tener en cuenta efectos relativistas. Igual puede usarse sin gran error hasta velocidadades de 30 mil km/seg.

Algunas mediciones recientes de laConstante de Hubble 
Metodo usado
Autores
Valor (km/seg./Megaparsec)
Cefeidas en galaxias distantes
W. Freedman et al (1999)
70 +/- 7
Grupo de velocidad de M101 y distancia
Sandage and Tammann (1974)
55.5 +/- 8.7
Cumulo Virgo
Peebles (1977)
42 – 77
Cumulos Globulares
Hanes (1979)
80 +/- 11
luminosidad de regiones HII en SC del cumulo Virgo
Kennicutt (1981)
55
Supernovas Tipo I
Branch (1979)
56 +/- 15
Supernovas Tipo I
Sandage and Tammann (1982)
50 +/- 7
Relacion infra-roja Tully-Fisher
Aaronson and Mould (1983)
82 +/- 10
Supernovas Tipo Ia y Cefeidas
Sandage, et al. (1994)
55 +/- 8

Cabe destacar que aun hoy se discute la realidad o no del Big-Bang, ya que se dan otras alternativas.