En la década de 1920, se desató un debate entre los científicos sobre el tamaño del Universo y la naturaleza de las nebulosas. Algunos
El científico calculó la distancia a la nebulosa.Andrómeda y mostró que es más grande que el tamaño de la Vía Láctea, lo que significa que estamos hablando de una galaxia separada. Y en 1929, el científico publicó un artículo en el que, basándose en observaciones de varias galaxias conocidas, demostró que se están alejando de la Tierra en diferentes direcciones. La regla que establece la relación entre la distancia a una galaxia y su velocidad radial se denomina ley de Hubble o ley de Hubble-Lemaitre.
El sacerdote y astrofísico belga Georges Lemaitre llegó a las mismas conclusiones dos años antes que el Hubble, pero su artículo, publicado en francés y en una revista impopular, pasó desapercibido.
El modelo cosmológico moderno se basa enprincipio de la expansión del universo. Sin embargo, métodos alternativos de observación dan diferentes valores para su velocidad. Los científicos continúan desarrollando nuevas formas de finalmente poner fin a este problema. Y después de eso, determinar con precisión la edad, evolución y composición del universo.
Mapa de la expansión del universo. Imagen: NASA, equipo científico de WMAP
¿Se está expandiendo el universo?
No hay una respuesta exacta a esta pregunta porquees imposible salir del sistema y ver desde fuera cómo suceden realmente las cosas. Pero la teoría del universo en expansión describe mejor las observaciones.
Primero, la exploración espacial reveladesplazamiento al rojo: resultó que cuanto más lejos están los objetos de nosotros, más radiación de ellos, se desplaza a la parte roja del espectro. En su artículo, Hubble mostró la relación entre la distancia y el corrimiento al rojo. Además, encontró que la velocidad de los objetos que se alejan es proporcional a la distancia a ellos. Estas observaciones se correlacionan mejor con la expansión métrica (lineal).
En segundo lugar, observaciones cosmológicas a gran escala.Con profunda resolución descubrieron que aunque a escalas locales el Universo es una estructura “grumosa” (las galaxias forman grupos separados por vacíos), a grandes distancias es homogéneo.
En tercer lugar, la homogeneidad del espacio, provocada por la expansión del Universo en todas las direcciones, confirma la homogeneidad de la distribución de los estallidos de rayos gamma distantes y las explosiones de supernova.
Y finalmente, las observaciones del Espacio Europeolos observatorios muestran que el CMB era mucho más cálido en épocas anteriores. El enfriamiento uniforme gradual de las huellas del Big Bang también es consistente con la teoría de un universo en expansión uniforme.
¿Cómo se mide la constante de Hubble?
El valor de la constante que establecela relación entre la velocidad del movimiento de las galaxias y la distancia a ellas se estima midiendo el corrimiento al rojo de galaxias distantes y luego determinando las distancias a ellas mediante algún otro método distinto de la ley de Hubble.
Las primeras mediciones de la constante las realizó el propio EdwinHubble. Al observar la nebulosa de Andrómeda con el telescopio de 254 cm (100 pulgadas) del Observatorio Monte Wilson, el científico identificó estrellas brillantes individuales en su composición. Entre ellos estaban las cefeidas. Se trata de una clase de variables pulsantes de gigantes y supergigantes amarillas, para las cuales la relación entre el período de pulsación y la luminosidad está bien estudiada.
Al medir ambos parámetros, el científico calculóla distancia a estas estrellas, así como el corrimiento al rojo de las galaxias, lo que permite determinar su velocidad radial. El coeficiente de proporcionalidad obtenido por Hubble fue de unos 500 km/s por megaparsec (Mpc). Esto significa que los objetos situados a una distancia de unos 3,26 millones de años luz (1 Mpc) de la Tierra deberían alejarse de nosotros a una velocidad de 500 km/s, 32,6 millones de años luz - 5.000 km/s, etc.
Una imagen de la galaxia de Andrómeda en la que EdwinHubble notó la estrella variable descubierta (izquierda) y su imagen detallada del Hubble (derecha). Imagen izquierda: Observatorios Carnegie. Imagen de la derecha: NASA, ESA, el equipo del patrimonio del Hubble (STScI/AURA)
El valor obtenido por el Hubble es significativodifiere de las observaciones modernas. Esto se debe a que el científico desconocía las leyes descubiertas posteriormente que afectan la dependencia del período y la luminosidad de las Cefeidas, así como la influencia de la propia velocidad del grupo local de galaxias.
Las observaciones modernas dan resultados contradictorios.resultados. Mediciones del Universo tardío similares a las realizadas por Hubble, pero con nuevos datos e instrumentos más potentes (incluido un telescopio espacial que lleva el nombre del científico), predicen una constante cosmológica de 73 ± 1 km/s por Mpc. Y el dato obtenido en el estudio de la radiación de fondo cósmico de microondas del Universo primitivo es de 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Esquema para medir una constante utilizando el telescopio Hubble. Imagen: NASA, ESA, A. Feild (STScI) y A. Riess (STScI/JHU)
¿Hay alternativas?
En un artículo publicado en agosto en la revistaEn Physical Review Letters, científicos de la Universidad de Chicago proponen utilizar ondas gravitacionales generadas cuando los agujeros negros chocan para medir la tasa de expansión del universo.
Se produce un efecto similar al corrimiento al rojo.durante la propagación de ondas gravitacionales. Colisión de agujeros negros supermasivos, un evento poderoso. Provoca ondas gravitacionales en el espacio-tiempo que se extienden como ondas sobre el agua de una piedra caída.
Esta "onda" es medida en la Tierra por el estadounidenseobservatorio interferométrico láser de ondas gravitacionales (LIGO) y el observatorio italiano Virgo. Durante varios años, ambos observatorios han recopilado datos sobre la colisión de más de 100 pares de agujeros negros.
La señal de cada colisión contieneinformación sobre cuán masivos eran los agujeros negros. Pero debido a la expansión del universo, está distorsionado. Como resultado, un agujero negro más lejano comienza a parecer más masivo.
Los científicos proponen utilizar datos acumulados.sobre agujeros negros para “calibrar” el dispositivo. Por ejemplo, la evidencia actual sugiere que la mayoría de los agujeros negros descubiertos tienen una masa entre 5 y 40 veces la masa de nuestro Sol.
Los investigadores creen que si mides las masaspares de agujeros negros que chocan más cerca de nosotros, y luego avanzan gradualmente, luego, en una gran cantidad de ejemplos, es posible establecer cuánto cambian las masas "observadas" de los agujeros negros a medida que aumenta la distancia. Es este valor el que determinará la tasa de expansión del universo.
Una ilustración de la fusión de dos agujeros negros. Imagen: Proyecto Simulating eXtreme Spacetimes (SXS), Universidad de Chicago
La desventaja de la mayoría de los métodos modernos.observación de la expansión del espacio es que, por el momento, pueden no conocerse las causas individuales que distorsionan el resultado obtenido. Hubble desconocía todos los factores que afectan la relación entre la luminosidad y la periodicidad de las pulsaciones en las Cefeidas, por lo que sus mediciones contenían errores. Además, las ideas modernas sobre el Universo, la materia y la propagación de las ondas electromagnéticas pueden ser incompletas.
A diferencia de las observaciones cosmológicas, el métodopropuesto por científicos de Chicago, utiliza únicamente la teoría de la gravedad, que se comprende mucho mejor. Entonces, existía la posibilidad de poner fin a la cuestión de la tasa de expansión del universo.
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