jueves, 3 de noviembre de 2011

Hubble y la expansión del universo.



Edwin Powell Hubble
 
Fue uno de los más importantes astrónomos estadounidenses del siglo XX, famoso principalmente por haber demostrado la expansión del universo midiendo el desplazamiento al rojo de galaxias distantes. Hubble es considerado el padre de la cosmología observacional aunque su influencia  en astronomía y astrofísica  toca muchos otros campos.
Descubrió que el Universo está organizado en galaxias de muchas formas y tamaños, y que se están separando entre sí, sentando las bases para el estudio de la edad del Universo. Enunció la Ley de Hubble, que se refiere a la relación entre distancias y velocidad de retirada de las galaxias, pudiendo así realizar cálculos del tiempo. Su teoría del Universo en expansión se complementa con la teoría de la relatividad de Einstein y se convirtió en la fuente de la teoría del Big Bang.

La expansión del universo para Hubble

Para 1925 Hubble y Humason habían resuelto uno de los principales problemas de la astronomía: ¿la Vía Láctea es todo el universo? Utilizando una cierta clase de estrellas de conocida brillantez, un tipo de “candela estándar”, Hubble calculó la distancia hacia diversas nubes de gas o nebulosas. Aunque se creía que formaban parte de la Vía Láctea, las mediciones de Hubble de la distancia las separaron de nuestro Grupo Local de galaxias.
 De acuerdo a Cloer (2007) ¨Hubble publicó un análisis de la velocidad radial de las nebulosas cuya distancia había calculado; se trataba de sus velocidades respecto a la tierra. Lo que estableció fue que, aunque algunas nebulosas extragalácticas tenían espectros que indicaban que se movían hacia la Tierra, la gran mayoría, mostraba corrimientos hacia el rojo que solo podían explicarse asumiendo que se alejaban¨.
Hubble concluyó que la única explicación consistente con los corrimientos hacia el rojo registrados, era que, dejando aparte a un "grupo local" de galaxias cercanas, todas las nebulosas extra galácticas se estaban alejando y que, cuanto más lejos se encontraban, más rápidamente se alejaban. Esto sólo tenía sentido si el propio universo, incluido el espacio entre galaxias, se estaba expandiendo. Junto a Milton Humason postuló la Ley de Hubble  acerca de la expansión del universo.
  De acuerdo  Cloer (2007) ¨ Esta Ley determina que la velocidad de una galaxia es proporcional a su distancia. La relación entre la velocidad de recesión de una galaxia y su distancia es la constante de Hubble. El valor de esta constante se calcula que está entre los 50 y los 100 km/s por megaparsec (1 megaparsec equivale a 1 millón de parsecs), aunque los datos más recientes apuntan a un valor comprendido entre los 60 y 70 km/s por megaparsec.¨

 El corrimiento al rojo
La luz de las estrellas se puede descomponer en un espectro de colores del arco iris.  Si una estrella contiene por ejemplo el hidrógeno, al descomponer su luz se ve una raya en el color y el lugar que le corresponde. Si la estrella se está acercando a la Tierra, al descomponer su luz se observa que la raya que indica la presencia del hidrógeno no está en su lugar, sino se encuentra más cerca al color azul. Este efecto se llama el corrimiento al azul.

Si la estrella se está alejando de la tierra, al descomponer su luz se observa que la raya que indica la presencia del hidrógeno no está en su lugar, sino se encuentra más cerca al color rojo. Este efecto se llama el corrimiento al rojo. El corrimiento al azul y al rojo se deben a la variación de la longitud de la onda emitida por el objeto que está en el movimiento. Si se acerca, la onda se acorta, si se aleja, la onda se prolonga.
 De acuerdo a Fernández (2007) Podemos definir como corrimiento al rojo ¨al fenómeno por el cual el espectro de emisión o  absorción de radiación, proveniente de un objeto cosmológico, resulta desplazado hacia longitudes de onda mayores debido a la acción de algún proceso independiente del mecanismo de emisión o absorción de radiación¨.
Todos los incrementos en la longitud de onda se llaman corrimiento hacia el rojo, incluso cuando se refiere  a la radiación electromagnética de longitudes de onda visibles. Estas radiaciones pueden ser rayos gamma, rayos X y radiación ultravioleta. Entre las longitudes de onda existen algunas mayores que el rojo, como el infrarrojo o el microondas pero los desplazamientos se alejan del rojo.
 De acuerdo a Fernández Hugo (2007) ¨El corrimiento al rojo se identifica fácilmente mediante la observación del espectro generado por la luz que proviene de cualquier tipo de fuente simple. Para analizarlo mejor, se debe tener en cuenta que si se presentan caracteres como líneas asociadas a la absorción o de emisión y otras intensidades provenientes a la energía iluminativa, se  decir ya desde el inicio que hay un corrimiento hacia al rojo calculable en aproximación¨.




El efecto Doppler
 De acuerdo a Carvajal Carlos (2001) ¨El efecto Doppler, llamado así por el austríaco, el Austriaco Christian Andreas Doppler es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo de la fuente respecto a su observador¨.
Todos hemos experimentado alguna vez  cuando algún vehículo ha pitado acercándose o alejándose de nosotros: notamos que ocurre una variación en el tono (la frecuencia sonora) que percibimos, ese es el efecto  Doppler.
Carvajal Carlos (2001) ¨En este caso la variación de la amplitud de las ondas se detecta por cambios de color, de esta manera, cuando la fuente de luz se acerca a un observador se torna de color azul, corrimiento al azul (blueshift) por un ancho de banda mas corto y cuando se aleja se torna de color rojo, corrimiento al rojo (redshift) por un ancho de banda más largo.¨
Este es el efecto que nos ha permitido saber que todo el Universo se está expandiendo. La luz al igual que el sonido genera un efecto Doppler aunque para la luz no varía el tono sino el color percibido: se dice que la luz emitida por estrellas y galaxias sufre  un desplazamiento al rojo  que nos indica que se están alejando de nosotros. Pues bien todas las estrellas y galaxias, con algunas excepciones debidas a movimientos locales, presentan un desplazamiento hacia el rojo en sus espectros de luz.
 Carvajal Carlos (2001) ¨Una aplicación del efecto Doppler es la del desplazamiento hacia el rojo, que desplaza la longitud de onda de la luz emitida por los objetos celestes hacia el rojo (mayor longitud de onda) cuando los objetos se alejan de la Tierra. Objetos distantes como las galaxias se apartan de la Tierra a causa de la expansión del Universo. Por la cantidad de desplazamiento hacia el rojo, los astrónomos pueden calcular la velocidad de ese alejamiento. La Ley de Hubble, que establece que la velocidad de alejamiento causada por la expansión del Universo es directamente proporcional a la distancia del objeto, indica que el quásar 3C 273 está a 1.500 millones de años luz de la Tierra¨.



Video que amplía el concepto  "efecto doppler":   





Telescopio Espacial Hubble  

 Video: "La última frontera del Hubble"

24 de abril de 1990 los EE.UU. colocan en órbita terrestre mediante el    transbordador espacial Discovery y en medio de gran expectativa, el telescopio espacial Hubble, denominado así en homenaje al astrónomo Edwin Hubble, ofreciendo por primera vez en la historia la posibilidad de explorar el espacio profundo y obtener imágenes de alta resolución.   El telescopio con un espejo de 2,4 metros de diámetro, un peso de 12 toneladas, capacidad de observación en el espectro infrarrojo y ultravioleta y alimentado por baterías solares es colocado en órbita a aproximadamente 600 kms. de altura, con un período orbital de 96 minutos y es operado desde Tierra. Su costo  fue  de 2.000 millones de dólares.

De acuerdo a  Hathway  (2010)  ¨El telescopio puede obtener imágenes con una resolución óptica mayor de 0,1 segundos de arco  La ventaja de disponer de un telescopio más allá de la atmósfera radica, principalmente, en que de esta manera se pueden eliminar los efectos de la turbulencia atmosférica¨
En diciembre de 1995 el Hubble emprende la exploración del espacio profundo en busca de los límites del universo poniendo a prueba sus capacidades técnicas como parte del programa Hubble Deep Field.  De acuerdo a   Hathway  (2010) ¨Las imágenes obtenidas luego de dos semanas de observaciones logran mostrar por primera vez galaxias hasta de trigésima magnitud, unas 4.000 millones de veces más débiles de lo que podría ser observado a simple vista, y a más de 8.000 millones de años luz¨.
 Pero como señaló Hubble en uno de sus últimos discursos públicos, nuestro “avance hacia el exterior” en el universo nunca termina. “El deseo es más antiguo que la historia. No está satisfecho y no será reprimido”.

Las mejores imágenes del telescopio espacial Hubble





Aplicaciones
1.    El efecto Doppler
En astronomía el efecto Doppler tiene una importancia capital puesto que es mediante su uso que se puede calcular la dirección y la velocidad a la que se mueve un objeto celeste lejano. 
 De  acuerdo a Benzmiliana ( 2007)  ¨para realizar estas mediciones el objeto debe estar en el mismo plano del observador, si el objeto tiene un movimiento tangencial o perpendicular no se producirá efecto Doppler o su medición no será exacta. Una vez tomado el espectro del sujeto en estudio se compara con el del material conocido en reposo, así se puede determinar hacia adonde hay corrimiento de las líneas espectrales y de acuerdo a la magnitud del cambio, determinar la velocidad que poseen con respecto al observador¨.
2. Hubble, confirma la teoría general de Einstein
 De acuerdo a Palazzesi (2005) ¨ Un artículo publicado en la revista Astronomy & Astrophysics da cuenta que un grupo internacional de científicos, dirigidos por Ludovic Van Waerbeke, del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Columbia Británica, analizó los datos recogidos por el Telescopio Espacial Hubble sobre más de 446.000 galaxias y confirmó lo predicho por la  Teoría de la Relatividad General de Einstein. La forma en que se distribuye, con el objeto de poner a prueba la  Teoría de la Relatividad General¨
 Existe una fuente desconocida de energía en el universo que está acelerando su expansión y alejando la materia oscura, tal y como lo pronosticó Einstein en su Teoría, hoy los científicos saben que el universo está compuesto por materia oscura y materia normal con un tercer ingrediente al que denominan energía oscura. Este elemento es el que en los últimos 2.000 millones de años ha sido la fuerza impulsora de la expansión del universo.  Datos proporcionados por el Estudio de Evolución Cósmica del Hubble confirman las predicciones y no se apartan en absoluto de la las teorías de Einstein.
De acuerdo a Palazzesi (2005) ¨ Para realizar el COSMOS, las cámaras a bordo del Hubble tomaron unas 575 imágenes -superpuestas- de la misma zona del universo. Hicieron falta más de mil horas de observaciones, durante las cuales el Hubble giró en torno a la Tierra unas 600 veces¨.



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