El descubrimiento de Edwin Hubble en 1929 sentó las bases de la que hoy se considera la teoría del universo más aceptada: el Big Bang. La Ley de Hubble establece que el universo no es estático, más bien dinámico y en evolución constante, expandiéndose uniformemente en todas las direcciones.
Este patrón muestra cómo su velocidad de retroceso crece junto con la distancia. Puesto que el espacio entre ellas aumenta, también lo hace la velocidad medida desde la Tierra. A mayor separación del punto terrestre, más intensa resulta esa marcha expansiva observada en el cosmos
¿Qué es la Ley de Hubble? Una relación fundamental en cosmología
La Ley de Hubble establece una relación lineal simple entre la distancia de una galaxia y su velocidad de recesión aparente, medida a través del corrimiento al rojo de su espectro luminoso. Este patrón funciona mejor cuando miramos objetos muy distantes, tan separados que sus interacciones individuales importan poco frente al estiramiento general del universo.
A esas escalas enormes, domina la expansión misma del espacio-tiempo, dejando atrás efectos menores causados por atracción local. La importancia de esta ley radica en que muestra claramente cómo el espacio crece por sí solo, arrastrando a las galaxias como objetos flotando en un río invisible. No es que las galaxias se muevan a través del espacio a altas velocidades, sino que el espacio entre ellas se está creando continuamente, aumentando las distancias de manera uniforme en todas las direcciones del universo observable.
Definición y su formulación matemática
La ecuación v = H₀ × d describe cómo las galaxias se alejan más rápido cuanto más lejos están. Su ritmo depende de un valor: H₀, conocido como la constante de Hubble, que mide la velocidad de expansión del universo.
Esta formulación es una aproximación válida cuando las escalas implicadas no superan cierto límite cósmico, digamos unos pocos cientos de millones de años luz. Para distancias mayores, los efectos de la curvatura del espacio-tiempo y la evolución temporal de la tasa de expansión requieren correcciones más sofisticadas que tengan en cuenta la relatividad general y otros modelos.
Descubrimiento por Edwin Hubble
Edwin Hubble realizó su descubrimiento histórico utilizando el telescopio de 100 pulgadas del Observatorio Monte Wilson en California, entonces el más grande del mundo. Sus observaciones entre 1925 y 1929 se basaron en mediciones de distancias galácticas utilizando estrellas variables Cefeidas como indicadores de distancia.
El trabajo de Hubble se construyó sobre investigaciones previas de Vesto Slipher, quien había documentado corrimientos al rojo en los espectros de no pocas nebulosas espirales que posteriormente se identificaron como galaxias. A partir de esos datos espectrales y usando medidas independientes de distancia obtenidas por él mismo, logró trazar una relación entre velocidad y distancia espacial.
A modo de curiosidad, el paper original de 1929 de Hubble incluía apenas 24 galaxias, aunque más tarde se convirtiese en una ley universal.
La constante de Hubble: medida de la expansión
La constante de Hubble (H₀) mide cómo crece el espacio entre cuerpos muy alejados en el universo. Las mediciones actuales indican que H₀ tiene un valor aproximado de 70 kilómetros por segundo por megaparsec, por lo que por cada megaparsec (3,26 millones de años luz) de distancia adicional, una galaxia se aleja a esa velocidad más rápido.
Su significado y unidades
Las unidades de H₀ (km/s/Mpc) describen cómo la velocidad de expansión escala con la distancia. Dicho valor resulta equivalente a un ritmo del orden de 2,3 por diez elevado amenos 18 por segundo, aunque al revés, mostrando así con qué celeridad cambia todo el tejido del espacio-tiempo
El recíproco de H₀ ofrece una referencia temporal llamada tiempo de Hubble, cerca de 14 mil millones de años. Pese a que este número no coincide con la edad real del universo —por variaciones en la expansión durante su evolución—, resulta útil para aproximar el rango correcto.
La tensión de Hubble y sus implicaciones
La tensión de Hubble se refiere a la discrepancia persistente entre diferentes métodos de medición de la constante de Hubble. En lugar de concordar, los datos del universo joven —como los de la radiación cósmica de microondas— arrojan cifras algo más bajas frente a las observaciones actuales con supernovas o estrellas variables llamadas Cefeidas, que indican un valor mayor. Sorprendentemente, esa diferencia ronda el 5%, lo cual resulta difícil de ignorar.
Podría ser que esta diferencia señale fenómenos fuera del marco cosmológico habitual, tal vez ligada a cambios en el tiempo de ciertas constantes básicas, energía oscura con comportamiento distinto al esperado o características poco comunes en la materia oscura.
Evidencias observacionales que apoyan la Ley de Hubble
Las evidencias observacionales para la Ley de Hubble se basan en diferentes técnicas independientes de medición de distancias y velocidades galácticas. Por un lado, los estudios espectroscópicos de millones de galaxias han confirmado la relación lineal hasta distancias de miles de millones de años luz.
Las observaciones realizadas con telescopios espaciales como Hubble han extendido estas mediciones a galaxias mucho más distantes, confirmando que la ley se mantiene válida a lo largo de la mayor parte del universo observable. La consistencia entre diferentes clases de objetos astronómicos fortalece la confianza en la universalidad de la relación.
Corrimiento al rojo de las galaxias
El corrimiento al rojo cosmológico resulta de la expansión del espacio-tiempo. A medida que avanza hacia la Tierra, cada fotón pierde energía al estirarse su longitud de onda progresivamente. Aunque similar al cambio en frecuencia que ocurre cuando una ambulancia pasa cerca, este fenómeno tiene un origen diferente. No depende del desplazamiento físico de los objetos, sino de cómo la estructura del universo evoluciona con el tiempo.
Para detectar el corrimiento al rojo, se necesita un análisis espectral que muestre ciertas marcas en la luz procedente de galaxias —líneas de absorción o emisión características en los espectros galácticos—. Las líneas más utilizadas son las series de hidrógeno, líneas de calcio H y K y líneas de oxígeno doblemente ionizado.
Cefeidas y supernovas tipo Ia como candelas estándar
Desde el brillo variable de ciertas estrellas nació el método que empleó Hubble. Gracias a la pauta seguida por las estrellas pulsantes, es posible calcular distancias en regiones vecinas del universo. Su alcance máximo ronda los treinta millones de años luz hacia galaxias cercanas.
Las supernovas tipo Ia extienden la escala de distancias a miles de millones de años luz. Estas explosiones termonucleares de enanas blancas alcanzan luminosidades máximas muy similares, funcionando como candelas estándar para mediciones de distancias cosmológicas.
Importancia de la Ley de Hubble para la cosmología moderna
Sin este descubrimiento, conceptos como el Big Bang, la nucleosíntesis primordial y la formación de estructura cósmica no habrían desarrollado sus bases observacionales.
La ley también proporciona el marco conceptual para comprender la evolución temporal del universo, conectando las observaciones actuales con las condiciones físicas en épocas pasadas, del orden de miles de millones de años.
Cálculo de la edad del universo
El tiempo de Hubble (1/H₀) proporciona una estimación de primer orden para la edad del universo, asumiendo expansión a tasa constante. Para obtener cálculos más precisos, no obstante, se debe considerar cómo la tasa de expansión ha cambiado a lo largo de la historia cósmica.
Hoy en día, los modelos sobre el universo incluyen variables como la materia oscura, cierta forma de energía poco visible y emisiones radiactivas para afinar sus estimaciones temporales. Gracias a esos ajustes, la estimación actual de la edad del universo es de 13.800 millones de años, valor que coincide razonablemente bien con lo observado en las estrellas más viejas detectadas hasta ahora.
Base para la teoría del Big Bang
La Ley de Hubble sienta las bases para la teoría del Big Bang, demostrando que el universo se encuentra en expansión desde un estado inicial más denso y caliente. Extrapolar la expansión hacia atrás en el tiempo nos permite establecer un origen común para toda la materia y energía observables. Junto con la nucleosíntesis del Big Bang y la radiación cósmica de fondo, forma el trípode de evidencias que sustentan nuestra comprensión actual del origen y evolución cósmica.