Lei de Hubble
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A Lei de Hubble, também conhecida como a lei Hubble-Lemaître,[1] é um fenómeno que foi sugerido por Edwin Powell Hubble e pelo seu colega Milton L. Humason quando se dedicavam ao estudo das galáxias. Ao recolher e calcular distâncias, localizações e distribuições das galáxias no espaço, através da análise dos seus movimentos, notaram que existia uma relação entre as distâncias e as suas velocidades de afastamento. Muitos dos estudos quantitativos sobre a origem do Universo nasceram das ideias de Hubble aliadas às equações de Einstein. Esta descoberta levou mais tarde à dedução do Big-Bang, que provavelmente marca o início do atual universo. A lei é freqüentemente expressa pela equação v = H0D, com H0 a constante de proporcionalidade - constante de Hubble - entre a "distância apropriada" D para uma galáxia, que pode mudar com o tempo, diferente da distância comovedora, e sua velocidade v, ou seja a derivada da distância apropriada em relação à coordenada do tempo cosmológico. O recíproco de H0 é o tempo de Hubble.[2][3]
História
[editar | editar código-fonte]Hubble dedicou muitos anos ao estudo das galáxias, que na altura se julgava serem nebulosas da Via Láctea. Beneficiando do facto de poder utilizar o então maior telescópio do mundo, o telescópio Hooker, e também da teoria de Sitter, proposta por Weyl e Silberstein, Hubble verificou, em 1929, que quase todas as nebulosas tinham um desvio para o vermelho e que as suas velocidades radiais eram proporcionais à sua distância. Georges Lemaître também chegou a esta conclusão em 1927, através dos resultados de Slipher sobre as galáxias espirais.[4] Como naquela época o modelo cosmológico envolvia um universo estático, estas observações foram contra a previsão teórica.
Efeito Doppler
[editar | editar código-fonte]Quando uma fonte luminosa se afasta de um corpo (observador), o comprimento de onda da fonte, visto pelo observador, aumenta (desvio para o vermelho ou “redshift”) e diminui quando a fonte se aproxima (desvio para o azul ou “blueshift”).[5] O Efeito de Doppler relativista é definido matematicamente por:[6][7]
Onde:
- é a velocidade do corpo;
- a velocidade da luz no vácuo;
- é o comprimento de onda emitido;
- é o comprimento de onda observado.
Parâmetro de Hubble
[editar | editar código-fonte]Hubble não só verificou que a maioria das galáxias tinha um desvio para o vermelho, mas também que este desvio era tanto maior quanto maior a distância entre as galáxias. Chegou mesmo a construir um gráfico com os resultados de 46 galáxias, mostrando uma relação linear entre distância e desvio para o vermelho. No entanto, as incertezas eram muito grandes, pelo que os resultados não foram considerados conclusivos no imediato. Daqui, surgiu então aquela que é hoje conhecida como a Lei de Hubble:
Onde:
- é a velocidade em ;
- é a distância em Megaparsecs ();
- tem o nome de parâmetro de Hubble e vem em unidades de .
O primeiro valor que Hubble estimou para este parâmetro, considerado inicialmente uma constante, foi 500 km s-1 Mpc-1. Este valor tinha uma grande incerteza associada, e foi-se alterando à medida que novos dados iam sendo utilizados. Ainda hoje o seu valor não reúne consenso, por se alterar na ordem das unidades cada vez que se obtêm novos dados, mas pensa-se que esteja próximo de 67,15[8][9][10] km s-1 Mpc-1. Note-se que a velocidade considerada nesta equação é a velocidade radial das galáxias, e não a sua velocidade total.
Como determinar v
[editar | editar código-fonte]Hubble baseou os seus resultados no desvio para o vermelho (redshift). A velocidade radial pode ser obtida a partir do redshift, através da equação prevista pela Relatividade Restrita:
Onde:
- é a velocidade radial;
- a velocidade da luz no vácuo;
- é o “redshift”, calculado a partir de:
Onde:
- é o comprimento de onda observado (de uma onda electromagnética);
- é o comprimento de onda emitido.
Valores do parâmetro de Hubble ao longo dos anos
[editar | editar código-fonte]Valor (km s-1 Mpc-1) | Data | Determinado por/Missão: |
---|---|---|
75[11] | 1958 | Allan Sandage |
50 - 90[12] | 1996 | |
72 ± 8[13] | 2001-2005 | Telescópio Hubble |
70,4 ± 1,6[14] | 2007 | WMAP |
70,4 ± 1,4[15] | 2010 | WMAP |
69,32 ± 0,80[16] | 20 de Dezembro de 2012 | WMAP |
67,15 ± 1,20[10] | 21 de Março de 2013 | Planck |
+4.2 −4.1 68[17][18] |
28 de Março de 2019 | Adam Riess |
74[19] | 25 de abril de 2019 | SH0ES |
73[20] | 8 de janeiro de 2020 | COSMOGRAIL - Monitoramento cosmológico de lentes gravitacionais |
Motivos para a dedução errada de Hubble
[editar | editar código-fonte]Após a acumulação de vários dados, através dos diferentes estudos já referidos, concluímos que o valor do parâmetro de Hubble é muito menor do que o valor indicado pelo próprio Hubble em 1926. Na verdade, existiam diversos factores associados às observações de Hubble que ajudam a explicar esta diferença: Hubble estudou as galáxias a menos de 2 Mpc, onde está também o Grupo Local. Como estas galáxias, a uma escala cosmológica, ainda estão próximas, existem efeitos gravíticos não desprezáveis que afectam os seus movimentos, sendo necessário ter em conta o termo de velocidade peculiar das galáxias.
Outro factor foi Hubble ter imposto um limite do número de estrelas azuis nas galáxias mais distantes (regiões HII), o que depois resultou em erros nas respectivas distâncias, fazendo com que as distâncias às galáxias usadas por Hubble fossem mais pequenas do que as verdadeiras, o que depois, com a velocidade radial associada, fez com que o parâmetro tivesse um valor muito maior do que o actual. Este erro até foi referido no tempo de Hubble, dado que o valor 500 km s-1Mpc-1 atribuía ao universo uma idade de cerca de 2 mil milhões de anos, quando já se sabia que a Terra existia há mais tempo do que isso.
Ainda outro factor que também alterou os resultados foi o facto da luz, que viaja entre a estrela e o observador, passa por nuvens de gás e poeiras e também pela nossa atmosfera, conferindo um tom mais avermelhado ao brilho das estrelas. Este problema, conhecido como extinção interestelar, foi apenas resolvido nas décadas de 30-40.
Por fim, em alguns casos, aquilo que Hubble pensava ser apenas uma estrela, era na verdade um aglomerado, não tendo luminosidade constante, o que também acabou por alterar os resultados.
Referências
- ↑ «I
AU members vote to recommend renaming the Hubble law as the Hubble–Lemaître law» (Nota de imprensa). União Astronómica Internacional. 29 de outubro de 2018. Consultado em 29 de março de 2019 - ↑ Nussbaumer, Harry (2013). 'Slipher's redshifts as support for de Sitter's model and the discovery of the dynamic universe' In Origins of the Expanding Universe: 1912-1932. [S.l.]: Astronomical Society of the Pacific. pp. 25–38 Physics ArXiv preprint
- ↑ O'Raifeartaigh, Cormac (2013). The Contribution of V.M. Slipher to the discovery of the expanding universe in 'Origins of the Expanding Universe'. [S.l.]: Astronomical Society of the Pacific. pp. 49–62 Physics ArXiv preprint
- ↑ Discovery of Hubble’s Law: an Example of Type III Error; Ari Belenkiy; http://arxiv.org/pdf/1403.6699v1.pdf
- ↑ Peter Coles, ed. (2001). Routledge Critical Dictionary of the New Cosmology. Routledge. p. 202
- ↑ O efeito de Doppler e o Universo em expansão; O Big-Bang e a radiação cósmica de fundo; cftc.cii.fc.ul.pt
- ↑ «node7». cmup.fc.up.pt. Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Universe as an Infant: Fatter Than Expected and Kind of Lumpy; nytimes.coml
- ↑ Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results; Astronomy & Astrophysics manuscript no. PlanckMission2013; http://arxiv.org/pdf/1303.5062v1.pdf
- ↑ a b https://www.jpl.nasa.gov. «Planck Mission Brings Universe Into Sharp Focus». NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) (em inglês). Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Sandage, A. R. (1958)."Current problems in the extragalactic distance scale".
- ↑ «The Hubble Constant». lweb.cfa.harvard.edu. Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Freedman, W. L.; Madore, B. F.; Gibson, B. K.; Ferrarese, L.; Kelson, D. D.; Sakai, S.; Mould, J. R.; Kennicutt, Jr; Ford, H. C. (20 de maio de 2001). «Final Results from the Hubble Space Telescope Key Project to Measure the Hubble Constant». The Astrophysical Journal (1): 47–72. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/320638. Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Bonamente, M.; Joy, M.; La Roque, S.; Carlstrom, J.; Reese, E.; Dawson, K. (10 de agosto de 2006). «Determination of the Cosmic Distance Scale from Sunyaev-Zel'dovich Effect and Chandra X-ray Measurements of High Redshift Galaxy Clusters». The Astrophysical Journal (1): 25–54. ISSN 0004-637X. doi:10.1086/505291. Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Jarosik, N.; Bennett, C. L.; Dunkley, J.; Gold, B.; Greason, M. R.; Halpern, M.; Hill, R. S.; Hinshaw, G.; Kogut, A. (1 de fevereiro de 2011). «Seven-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Sky Maps, Systematic Errors, and Basic Results». The Astrophysical Journal Supplement Series (2). 14 páginas. ISSN 0067-0049. doi:10.1088/0067-0049/192/2/14. Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Bennett, C. L.; Larson, D.; Weiland, J. L.; Jarosik, N.; Hinshaw, G.; Odegard, N.; Smith, K. M.; Hill, R. S.; Gold, B. (20 de setembro de 2013). «Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results». The Astrophysical Journal Supplement Series (2). 20 páginas. ISSN 0067-0049. doi:10.1088/0067-0049/208/2/20. Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Riess, Adam G.; Casertano, Stefano; Yuan, Wenlong; Macri, Lucas M.; Scolnic, Dan (18 de março de 2019), Large Magellanic Cloud Cepheid Standards Provide a 1% Foundation for the Determination of the Hubble Constant and Stronger Evidence for Physics Beyond LambdaCDM (PDF), arXiv:1903.07603, consultado em 23 de março de 2019
- ↑ Malewar, Amit (25 de abril de 2019). «Hubble measurements confirmed: Universe is outpacing all expectations of its expansion rate». Tech Explorist (em inglês). Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ «Mystery of the Universe's Expansion Rate Widens With New Hubble Data». science.nasa.gov (em inglês). Consultado em 4 de abril de 2024
- ↑ Malewar, Amit (9 de janeiro de 2020). «New precise measurement of the universe's expansion rate». Tech Explorist (em inglês). Consultado em 4 de abril de 2024
Ligações externas
[editar | editar código-fonte]- arxiv.org
- posgrad.fae.ufmg.br
- [ligação inativa] www.relea.ufscar.br
- web.archive.org - flipflop.no.sapo.pt
- dfi.isep.ipp.pt
- [ligação inativa] mo-lerc-tagus.ist.utl.pt
- hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- map.gsfc.nasa.gov
- www.esa.int
- www.nbcnews.com
- spiff.rit.edu/expand
- spiff.rit.eduhub 1929
- ned.ipac.caltech.edu