La ley de Hubble , también conocida como ley de Hubble-Lemaître , [1] es la observación en cosmología física de que las galaxias se alejan de la Tierra a velocidades proporcionales a su distancia. En otras palabras, cuanto más lejos están, más rápido se alejan de la Tierra. La velocidad de las galaxias ha sido determinada por su desplazamiento al rojo , un desplazamiento de la luz que emiten hacia el extremo rojo del espectro visible .
La ley de Hubble se considera la primera base de observación para la expansión del universo , y hoy en día sirve como una de las pruebas más citadas en apoyo del modelo del Big Bang . [2] [3] El movimiento de los objetos astronómicos debido únicamente a esta expansión se conoce como el flujo de Hubble . [4] Se describe mediante la ecuación v = H 0 D , con H 0 la constante de proporcionalidad (constante de Hubble) entre la "distancia adecuada" D a una galaxia, que puede cambiar con el tiempo, a diferencia de la distancia comoviva, y su velocidad de separación v , es decir, la derivada de la distancia adecuada con respecto a la coordenada de tiempo cosmológica . (Consulte " Usos de la distancia adecuada " para una discusión sobre las sutilezas de esta definición de "velocidad").
La constante de Hubble se expresa con mayor frecuencia en ( km / s ) / Mpc , lo que da la velocidad en km / s de una galaxia a 1 megaparsec (3,09 × 10 19 km) de distancia, y su valor es de aproximadamente 70 (km / s) / Mpc. . Sin embargo, la unidad SI de H 0 es simplemente s −1 , y la unidad SI para el recíproco de H 0 es simplemente la segunda. El recíproco de H 0 se conoce como tiempo de Hubble . La constante de Hubble también se puede interpretar como la tasa relativa de expansión. En esta forma H 0 = 7% / Gyr, lo que significa que al ritmo actual de expansión se necesitan mil millones de años para que una estructura sin consolidar crezca un 7%.
Aunque se le atribuye ampliamente a Edwin Hubble , [5] [6] [7] la noción del universo expandiéndose a una tasa calculable se derivó por primera vez de las ecuaciones de la relatividad general en 1922 por Alexander Friedmann . Friedmann publicó un conjunto de ecuaciones, ahora conocidas como ecuaciones de Friedmann , que muestran que el universo podría estar expandiéndose y presenta la velocidad de expansión si ese fuera el caso. [8] Luego Georges Lemaître, en un artículo de 1927, derivó independientemente que el universo podría estar expandiéndose, observó la proporcionalidad entre la velocidad de recesión y la distancia a los cuerpos distantes, y sugirió un valor estimado para la constante de proporcionalidad; esta constante, cuando Edwin Hubble confirmó la existencia de expansión cósmica y determinó un valor más exacto para ella dos años más tarde, llegó a ser conocida por su nombre como la constante de Hubble . [2] [9] [10] [11] [12] Hubble infirió la velocidad de recesión de los objetos a partir de sus desplazamientos al rojo , muchos de los cuales fueron medidos anteriormente y relacionados con la velocidad por Vesto Slipher en 1917. [13] [14] [ 15]Aunque la constante de Hubble H 0 es aproximadamente constante en el espacio de velocidad-distancia en cualquier momento dado, el parámetro H de Hubble , cuyo valor actual es la constante de Hubble, varía con el tiempo, por lo que el término constante a veces se considera como un nombre poco apropiado. [16] [17]
Una década antes de que Hubble hiciera sus observaciones, varios físicos y matemáticos habían establecido una teoría consistente de un universo en expansión utilizando las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein . La aplicación de los principios más generales a la naturaleza del universo produjo una solución dinámica que entraba en conflicto con la noción entonces prevalente de un universo estático .
En 1912, Vesto Slipher midió el primer desplazamiento Doppler de una " nebulosa espiral " (el término obsoleto para las galaxias espirales) y pronto descubrió que casi todas esas nebulosas se estaban alejando de la Tierra. No comprendió las implicaciones cosmológicas de este hecho y, de hecho, en ese momento era muy controvertido si estas nebulosas eran o no "universos islas" fuera de nuestra Vía Láctea. [19] [20]