El universo: La expansión del Universo

La expansión del Universo

La recesión de las galaxias

En 1912, el astrónomo americano Vesto Slipher comenzó en el observatorio Lowell un estudio del espectro de las galaxias más brillantes. Esto no era un asunto delicado, porque hasta las galaxias más luminosas tienen una luminosidad total muy escasa, y el hecho de descomponer la luz en sus diferentes longitudes de onda no arregla nada. Así, hacían falta varias noches de observación para obtener el espectro de una sola galaxia en la época.

Analizando sus resultados, Vesto Slipher comprobó que algunas líneas presentes en estos espectros se encontraban desplazadas con relación a su posición teórica. Interpretó esto como un efecto de la velocidad de las galaxias, ya que la longitud de onda observada por las líneas espectrales de un cuerpo cambia cuando éste está en movimiento. Según el desfase, Slipher podía, pues, determinar la velocidad relativa de estas galaxias con relación a la nuestra. Encontró así, por ejemplo, que la galaxia de Andrómeda se nos acerca a una velocidad del orden de 300 kilómetros por segundo.

Su resultado final era más sorprendente: obtenía once desfases hacia el rojo y cuatro hacia el azul, o sea, muchas más galaxias que se alejan de nosotros que galaxias que se nos acercan. Si el movimiento de las galaxias era aleatorio y sin dirección preferida, habría debido haber allí tantos desfases hacia el azul como hacia el rojo. Las observaciones de Slipher revelaban, así pues, un hecho fundamental sobre la dinámica del Universo. Desgraciadamente, el descubrimiento no tuvo lugar en ese momento, porque la muestra de galaxias no era bastante grande para ser verdaderamente significativa.

Edwin Hubble

En 1917 se terminó la construcción del telescopio de 2,50 metros del monte Wilson. Esto permitió a otro americano, Milton Humason, ponerse a trabajar sobre el mismo tema y obtener resultados más rápidamente. En efecto, el poder colector de un telescopio aumenta con el tamaño de su apertura, de modo que se obtiene mucho más rápido un buen espectro con un gran telescopio.

Al mismo tiempo, Edwin Hubble, en el mismo observatorio, continuaba sus trabajos sobre la distancia de las galaxias cercanas utilizando la relación entre período y luminosidad de las cefeidas. Es comparando sus distancias a las velocidades de Milton Humason que hizo el descubrimiento que iba a revolucionar la astronomía.

Comprobó que, aparte de las más próximas, que se desplazaban de manera aleatoria, todas las galaxias se alejaban de nosotros. Más importante todavía, este movimiento general se hacía siguiendo una regla muy precisa: la velocidad de recesión de una galaxia era proporcional a su distancia. Así, una galaxia dos veces más alejada que otra, se alejaba dos veces más rápida. Esta ley es ahora conocida bajo el nombre de ley de Hubble, y el factor de proporcionalidad se llama constante de Hubble, y anotado Ho.

Edwin Powell Hubble (Marshfield, Misuri, 20 de noviembre de 1889 - San Marino, California, 28 de septiembre de 1953) fue uno de los más importantes astrónomos estadounidenses del siglo XX, famoso principalmente por la creencia general de que en 1929 había demostrado la expansión del universo midiendo el corrimiento al rojo de galaxias distantes (véase más abajo). Hubble es considerado el padre de la cosmología observacional, aunque su influencia en astronomía y astrofísica toca muchos otros campos.

Aunque comenzó estudiando leyes en Universidad de Oxford, abandonó la carrera de abogado poco tiempo después. Retornó al campo de la astronomía al incorporarse al Observatorio Yerkes de la Universidad de Chicago, donde obtuvo el doctorado en física en 1917. Al volver de su servicio en la primera Guerra mundial, en 1919, comenzó a trabajar en el nuevo observatorio del Monte Wilson, donde tenía acceso a un telescopio de 254 centímetros, por aquel entonces, el más potente del mundo. En el observatorio, trabajó junto a Milton Humason.

La expansión del Universo

El descubrimiento de Hubble fue uno de los grandes momentos de la historia de la astronomía. La ley de proporcionalidad entre distancia y velocidad mostraba que la recesión de las galaxias no correspondía a un movimiento con relación a un espacio estático, sino a una expansión del Universo mismo. El desfase hacia el rojo estaba vinculado a la dilatación del espacio, no al desplazamiento de las galaxias en un espacio fijo.

Un simple elástico puede proporcionar una analogía simple en una dimensión. Para representar las galaxias, marquemos cuatro puntos equidistantes A, B, C y D sobre el elástico. La expansión del Universo simplemente se simula estirando el elástico. Los puntos se alejan unos de otros sin desplazarse, sin embargo, con relación al elástico. De la misma forma, las galaxias no se desplazan con relación al espacio, sino son arrastradas por el movimiento de expansión del Universo.

Para visualizar la ley de Hubble, nos colocamos en el punto A y observamos el movimiento aparente de los otros puntos. Éstos no se alejan todos a la misma velocidad: C parece escapar dos veces más rápido que B, y D tres veces más rápido que B. La velocidad de recesión es, pues, proporcional a la distancia, y reconocemos bien la ley de Hubble.

Tengamos en cuenta que la extensión no tiene centro. Si nos colocamos en el punto B, los puntos A y C parecen alejarse en direcciones opuestas a la misma velocidad, y D se aleja al doble de esta velocidad. Desde el punto C, los puntos B y D huyen en direcciones opuestas a la misma velocidad, y A al doble de ésta. La situación es, pues, exactamente la misma cualquiera que sea nuestra posición. El hecho de que cada punto vea a todos los demás alejarse no significa que se encuentra en el centro de la expansión. Del mismo modo, la expansión del Universo no posee centro: la Vía Láctea no es un lugar privilegiado del Universo.

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ASTRONOMÍA Y ASTROFÍSICA - ANTONIO HERAS - SON FERRER (CALVIÁ)