Hubble, tomó largas exposiciones de los espectros de galaxias débiles. Al medir la cantidad de desplazamiento de líneas espectrales específicas en relación con las producidas por las lámparas de arco de referencia en el espectrógrafo, pudo calcular los valores de las velocidades de la galaxia. Algunas galaxias cercanas tenían velocidades que significaban que se estaban moviendo hacia nuestra propia Vía Láctea, es decir, sus líneas estaban desplazadas hacia el azul pero la mayoría mostraban desplazamiento al rojo y, por lo tanto, tenían velocidades de recesión. Por lo tanto, la mayoría de las galaxias parecían alejarse de nuestra propia galaxia. Hubble descubrió que aquellos con una imagen más pequeña en una fotografía tenían desplazamientos al rojo más altos. Esto se muestra en el siguiente diagrama que muestra las imágenes y los espectros de algunas de las galaxias que observó.
Observaciones del Hubble de galaxias con el desplazamiento al rojo en sus líneas espectrales.
Él infirió que las galaxias eran similares entre sí en tamaño, por lo que las que parecían más pequeñas deben estar más lejos. Al trazar la velocidad de las galaxias contra su distancia, se encontró con una relación interesante. Esto ahora se conoce como la ley de Hubble y se muestra en el siguiente diagrama.
- ¿Existe la posibilidad de que en algún planeta, el tiempo acaba de comenzar, por ejemplo, 14 mil millones de años en la tierra = 100 años en ese planeta?
- Si el efecto pudiera venir antes que la causa, ¿podría el Big Bang haber sido creado por futuros humanos?
- ¿Quién o qué creó el universo en el que vivimos?
- ¿Cuál es el límite entre universos?
- Si pudiéramos construir una nave que viajara más rápido de lo que el universo se está expandiendo y podría 'superarla', ¿qué veríamos?
La relación distancia-velocidad del Hubble para las galaxias basada en sus datos originales. Esto ahora se conoce como la Ley de Hubble y se interpreta como evidencia de un Universo en expansión.
Si estudia la trama anterior, verá que cuanto más distante es una galaxia, en promedio, más rápido se aleja de nosotros. De hecho, Hubble se dio cuenta de que podía ajustar una relación lineal a sus datos, como lo muestra la línea azul pálida de mejor ajuste. La pendiente de esta línea es una constante y ahora se conoce como la constante de Hubble, H0. Esta relación se expresa matemáticamente como:
v ∝ d
entonces: v = H0d (2.2)
donde H0 es la constante de Hubble, v es la velocidad de recesión yd es la distancia.
La relación velocidad-distancia de Hubble, publicada en 1929, sugiere que una vez que miramos más allá de los efectos gravitacionales de las galaxias cercanas dentro del grupo local, las galaxias se alejan unas de otras. No solo se están alejando, sino que las galaxias más distantes parecen alejarse más rápido que las más cercanas. Esto sugiere que el Universo se está expandiendo y, de hecho, esta es la interpretación más aceptada de los datos. El otro punto clave que surge de la relación es que si retrocedemos en el tiempo, las galaxias deben haber estado más juntas, el espacio sería más pequeño. Si extrapola lo suficientemente lejos, el Universo debe haberse concentrado en un punto en el espacio.
Si suponemos que H0 nos proporciona un valor para la tasa de expansión actual, entonces su inverso, es decir, 1 / H0 nos dice el tiempo de Hubble, que es una medida de la edad de un universo en expansión a una tasa constante. Hubble calculó un valor para H0 de aproximadamente 500 km. s-1. Mpc-1. (1 Mpc-1 es 1 megaparsec o aproximadamente 3.26 millones de años luz. Los astrónomos usan el parsec como la unidad de medida de la distancia en lugar del año luz. Los detalles sobre el parsec se pueden encontrar en el tema de Astrofísica del Año 12). Este valor da como resultado una edad del Universo de 2 × 109 años, es decir, 2 mil millones de años.
- Incluso en los días de Hubble, esta edad resultó problemática, ya que chocó con los valores de datación radiométrica para la edad de la Tierra que oscilaban entre 3 y 5 mil millones de años y otras pruebas sobre la edad de las estrellas. Obviamente, esto planteaba un dilema: ¡el Universo no podía ser más joven que las estrellas o los planetas que contenía!
La teoría más aceptable y dominante para reconocer el gasto del universo es
LA TEORÍA DEL BIG BANG
En la teoría del Big Bang, el Universo surge, creando tiempo y espacio. Inicialmente, el Universo habría sido extremadamente cálido y denso. Se expandió y enfrió. Parte de la energía involucrada se convirtió en materia. Las observaciones actuales sugieren una edad para el Universo de aproximadamente 13.7 mil millones de años.
Evidencia para el modelo Big Bang
Hay varias áreas clave de soporte de observación para el modelo de big bang. Estos son:
(1) Recesión observada de galaxias:
El consenso entre los astrónomos es que la relación de Hubble entre la distancia a las galaxias y su velocidad de recesión se debe a la expansión del espacio. Las galaxias o cúmulos de galaxias más distantes exhiben un desplazamiento al rojo más alto de sus líneas espectrales que las galaxias más cercanas. Esto se interpreta como galaxias más distantes que se alejan de nosotros más rápido que las más cercanas. Tenga en cuenta que es importante darse cuenta de que es el espacio entre galaxias lo que se está expandiendo. Las galaxias en sí no parecen expandirse ya que los efectos locales de la gravedad dominan sobre cualquier expansión espacial.
Radiación de fondo cósmica de microondas: en 1965, dos científicos que trabajaban para los Laboratorios Bell Telephone, Arno Penzias y Robert Wilson, estaban adaptando una antena en forma de bocina cerca de Nueva York para su uso en radioastronomía. Encontraron ruido en el sistema y, a pesar de los repetidos y exhaustivos intentos, no pudieron eliminarlo ni encontrar su causa. Finalmente se dieron cuenta de que este “ruido” era de hecho radiación remanente del Big Bang. Tal radiación había sido predicha por Gamow a fines de la década de 1940. A medida que el Universo se expandió, se enfrió, de modo que hoy la radiación de fondo corresponde a una temperatura de 2.725 K y tiene un espectro de cuerpo negro.
Esta gráfica muestra la naturaleza del cuerpo negro de la radiación cósmica de fondo de microondas. El espectro corresponde a la radiación de fondo con una temperatura de 2.725 K. Estas mediciones fueron realizadas por el instrumento FIRAS en el satélite COBE. Las barras de error para cada medición son más pequeñas que el ancho de la línea roja.
En los últimos 15 años, las observaciones de esta radiación cósmica de fondo de microondas (CMBR) de misiones basadas en el espacio como COBE y WMAP y misiones basadas en globos como BOOMERanG que operaron en la Antártida han proporcionado una gran cantidad de detalles. Ahora podemos ver las ligeras fluctuaciones o anisotropías en el CMBR con detalles sin precedentes y comparar las observaciones con la teoría más a fondo. La siguiente imagen muestra cómo ha mejorado la resolución del CMBR desde su descubrimiento en la década de 1960. Se cree que estas ligeras fluctuaciones en la intensidad de CMBR proporcionan información sobre ligeras variaciones en la densidad en el Universo temprano.
Comparación del nivel de detalle de las fluctuaciones en el CMBR desde la década de 1960 hasta la misión WMAP actual.
(2) Relaciones de elementos primordiales.
Los astrónomos pueden medir las cantidades relativas de los núcleos ligeros de hidrógeno, deuterio (un isótopo de hidrógeno con un protón y un neutrón), helio-3, helio-4 y litio-7 en nubes distantes no mezcladas de gas primordial.
Las abundancias relativas de estos núcleos corresponden con las proporciones predichas calculadas del modelo Big Bang.
(3) Evolución observada de objetos extragalácticos a lo largo del tiempo cósmico.
La evidencia de esto inicialmente provino de encuestas de radio que mostraron que las partes más distantes (por lo tanto, más antiguas) del Universo parecían contener fuentes de radio más fuertes que la región local. Los cuásares, por ejemplo, no se encuentran en nuestra región local, pero son mucho más comunes en los desplazamientos al rojo de 2 o 3.
Las observaciones recientes realizadas por el telescopio espacial Hubble y otros telescopios han proporcionado nuestras vistas más profundas del Universo y muestran claramente la evidencia de la evolución galáctica y las primeras etapas de su formación.
Observaciones recientes del HST muestran la evolución de las galaxias espirales a lo largo del tiempo.
(4) Formación de materia
Toda la materia, incluidos los átomos en nuestros cuerpos, el aire que respiramos y el gas en el Sol está compuesto por combinaciones de partículas fundamentales que se crearon durante el Big Bang y la posterior evolución del Universo. Antes de dar un resumen de las etapas clave en la formación de la materia, necesitamos revisar las partículas y fuerzas fundamentales en el Universo.