Lei de Hubble-Humason

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A Lei de Hubble 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.

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 aas suas velociades radiais eram propocionais à sua distância. Georges Lemaître também chegou a esta conclusão em 1927, através dos resultados de Slipher sobre as galáxias espirais.[1] Como naquela época o modelo cosmológico envolvia um universo estático, estas observações foram contra a previsão teórica.

Efeito de 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”).[2] O Efeito de Doppler relativista é definido matematicamente por:[3] [4]

 \lambda_{observado} = \lambda_{fonte} \sqrt{\frac{1+{v \over c}}{1- {v \over c}}} \

Onde:

- v é a velocidade do corpo;

- c a velocidade da luz no vácuo;

- \lambda_{fonte} é o comprimento de onda emitido;

- \lambda_{observado} 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:

 v = H_0 \ d

Onde:

- v é a velocidade em km \ s^{-1};

- d é a distância em Megaparsecs (Mpc)

- H_0 tem o nome de parâmetro de Hubble e vem em unidades de km \ s^{-1} Mpc^{-1}

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 causa de se alterar na ordem das unidades cada vez que se obtêm novos dados, mas pensa-se que esteja próximo de 67,15[5] [6] [7] 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:

 {v \over c} = {(z+1)^2 - 1 \over (z+1)^2+1}

Onde:

- v é a velocidade radial;

- c a velocidade da luz no vácuo;

- z é o “redshift”, calculado a partir de:


 z = {\lambda_0 + \lambda_e \over \lambda_e} = {\lambda_0 \over \lambda_e} +1

Onde:

- \lambda_0 é o comprimento de onda observado (de uma onda electromagnética);

- \lambda_e 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[8] 1958 Allan Sandage
50 - 90[9] 1996
72 ± 8[10] 2001-2005 Telescópio Hubble
70,4 ± 1,6[11] 2007 WMAP
70,4 ± 1,4[12] 2010 WMAP
69,32 ± 0,80[13] 20 de Dezembro de 2012 WMAP
67,15 ± 1,20[7] 21 de Março de 2013 Planck

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 galaxias.

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.

Aínda 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

Ligações externas[editar | editar código-fonte]