Edwin Hubble i l’expansió de l’univers

Edwin Hubble. Stockholm Tekniska Museet. Foto JL. Diez.

Al Gran Debat, al que vam fer referència a la xerrada anterior, d’abans de vacances de Setmana Santa, es va discutir si tot l’univers era el que es veia, l’agrupació d’estrelles que havia estat identificada per Herschel a la zona de la Via Làctia, o si algunes nebuloses com Andròmeda eren en realitat noves galàxies, universos illa, molt allunyades de la nostra. Aquí és on entra en joc el nostre personatge d’avui. Les seves observacions va contribuir a tancar la polèmica i li van permetre descobrir la llei que porta el seu nom, que explica que totes les galàxies s’estan allunyant entre sí i de la Terra. Però el descobriment no va estar exempt de polèmica. L’astrònom belga, Georges Lemaître, havia fet el descobriment abans, però la fama se la va emportar Hubble.

(2) (3) Edwin Powell Hubble (1889, 1953), astrònom americà, va néixer a Marshfield, Missouri. De molt jove ja va treballar com a repartidor de diaris. Va aconseguir una beca per a la universitat de Chicago però, per una errada, la va haver de compartir amb un altre estudiant i, per tant, va haver de treballar en part per pagar-se els seus estudis. Es va graduar en ciències el 1910, però després va passar tres anys al Queen’s College, Oxford, estudiant jurisprudència, literatura i espanyol, per recomanació del seu pare. Després de la mort del seu pare al 1913, torna als Estats Units i durant un any ensenya espanyol, física i matemàtiques en un institut (High School) a New Albany, Indiana, abans de començar a fer el doctorat en astronomia a l’observatori Yerkes de la universitat de Chicago, que acabà el 1917. A començament del 1917, mentre estava acabant el doctorat, ve rebre una oferta per a treballar a l’Observatori Mount Wilson de Pasadena, California. A pesar de ser la major oportunitat per un astrònom, no la va poder acceptar ja que a l’abril de 1917, just quan va acabar el doctorat va haver de marxar a la guerra (1a Guerra Mundial), a França, com oficial (capità). Dos anys més tard, l’estiu de 1919 va tornar als Estats Units i es va incorporar a l’observatori de Mount Wilson.

Coincidint amb l’arribada de Hubble, va entrar en funcionament un nou telescopi de 100 polsades (2,5 m), aleshores el més gran del món. Amb ell, Hubble va començar a observar les nebuloses espirals que, majoritariament, es creia que es trobaven dins de la pròpia Via Làctia, a detectar en elles estrelles cefeides i a calcular la seva distància respecte a la Terra. D’altra banda, el desplaçament al vermell del seu espectre, efecte Doppler, permetia calcular la seva velocitat també respecte a la Terra, cosa que havia fet un altre astrònom americà, Vesto Slipher. Combinant les seves  determinacions de distàncies amb les velocitats respecte la Terra de 49 nebuloses, va descobrir que havia una relació lineal entre les distàncies i les velocitats, que eren proporcionals. Totes les nebuloses s’estaven allunyant de la Terra i entre elles a una gran velocitat i aquesta velocitat era proporcional a la distància a la Terra.

El 1929, Hubble publicà l’anàlisi de la velocitat radial de les galàxies i va concloure que, excepte un “grup local” de galàxies properes, totes les galàxies s’estan allunyant de la Terra i més ràpidament quant més lluny es troben. Juntament amb Milton Humason va postular la llei d’expansió de l’univers, coneguda ara com Llei de Hubble. Les observacions de Hubble van deixar clar definitivament que la nebulosa d’Andròmeda era en realitat una altra galàxia, com havia moltes altres fora de la nostra. D’altra banda, la llei de Hubble és considerada la primera evidència observacional de l’expansió de l’univers.

Image credit: NASA/JPL-Caltech

La llei de Hubble estableix que (1)(4)(5)(6):
– Tots els objectes observats a l’espai profund tenen una velocitat respecte a la Terra que es pot mesurar a través de l’efecte Doppler (desplaçament al vermell del seu espectre)
– Aquesta velocitat és proporcional a la distància a l’observador. La constant de proporcionalitat es coneix ara com “constant de Hubble”.

El càlcul inicial del valor de la constant de proporcionalitat o de Hubble va ser de 500 km/s/Mpc.
Mpc, megapàrsec
Parsec és la distància a la que es troba un objecte que presenta una paral·laxi d’1 segon d’arc, respecte la distància de la Terra al Sol.
La constant de Hubble està relacionada amb l’edat de l’univers i des d’aleshores s’han fet moltes determinacions. Actualment el valor acceptat de la constant de Hubble és just per sota de 70 km/s/Mpc i l’edat de l’univers de 13.800 milions d’anys.
Hubble va treballar a Mount Wilson fins a la seva mort, el 1953, amb un lapse de temps durant la Segona Guerra Mundial, que va tornar a servir a l’exèrcit.

Anem ara a la polèmica respecte el descobriment de la velocitat de les galàxies (7) (8). Un altre gran astrònom del segle XX, Georges Lemaître, belga, professor de física a la universitat catòlica de Lovaina, va ser en realitat qui va publicar per primer cop, el 1927, a la revista Anals de la Societat Científica de Brussel·les, un article en el que parlava de la velocitat radial (d’allunyament) de les nebuloses extragalàctiques. El fet de ser publicat en francès i en una revista d’abast local, Bèlgica, no va ajudar a la seva difusió. Va fer una traducció a l’anglès el 1931, ajudat per Arthur Eddington, en la que no va incloure el càlcul de la constant de proporcionalitat.
El cas és que el descobriment de l’expansió de l’univers va ser atribuït pràcticament per tothom a Hubble, ja que, pels lectors de llengua anglesa, la gran majoria, l’article de Hubble va ser primer. Quan Lemaître va fer la publicació del seu article en anglès es va descobrir el fet de la seva publicació, anterior a la de Hubble, en francès. Aleshores van haver certes sospites de si Hubble coneixia la publicació belga quan va fer les seves observacions a Mount Wilson. Un article de l’any 2011 de la revista Nature dona per tancada la polèmica definitivament.

La revista Nature (9) publicà el 10.11.2011, un dia abans, el 9, a la revista online, la solució a la controvèrsia sobre el descobriment de l’anomenada llei de Hubble. Mario Livio de Baltimore, Maryland, en un article de títol “Lost in translation” (film de Sofia Coppola) explica que:
– fent una exhaustiva recerca als arxius de la Real Societat Astronòmica de Londres va trobar una carta de 1931 del propi Lemaître en la que explicava que, a la traducció anglesa del seu article, no havia posat la discussió sobre les velocitats de les galàxies perquè “no era d’interès en aquell moment”,
– segurament va pensar que no podia basar el càlcul de la constant d’expansió en dades de 1927, de quatre anys abans, ja que li semblaven antiquades,
– la idea que l’exactitud de les dades i la seva rellevància davant dels col·legues ha de ser més important que assegurar-se la prioritat del reconeixement del descobriment sembla fantàstic en el ferotge món de la ciència actual,
– segurament Lemaître es va sentir afalagat per ser convidat a traduir el seu article a l’anglès i a formar part de la Real Societat Astronòmica i això li va fer actuar amb certa autocensura.

Fins aquí el detall del que va ser el descobriment de l’expansió de l’univers. En una propera xerrada tornarem a parlar de Lemaître, ja que la seva contribució teòrica al model d’univers acceptat actualment va ser molt important.

Fonts d’informació:
(1) El universo, Isaac Asimov, Alianza Editorial, 2007.
(2) https://www.spacetelescope.org/about/history/the_man_behind_the_name/
(3) http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee/hubble_nas.html
(4) http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Hubble
(5) http://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law
(6) http://www.astro.washington.edu/courses/labs/clearinghouse/labs/HubbleLaw/hubbletitle.html
(7) http://www.amnh.org/education/resources/rfl/web/essaybooks/cosmic/p_lemaitre.html
(8) http://en.wikipedia.org/wiki/Georges_Lema%C3%AEtre
(9) http://www.nature.com/nature/journal/v479/n7372/full/479150a.html

Audio de la xerrada.

Emissió de Ràdio Banyoles, dins del programa d’Astrobanyoles
“Sopa d’estrelles· del 11 d’abril de 2013.

Aquesta entrada ha esta publicada en cosmologia. Afegeix a les adreces d'interès l'enllaç permanent.

Deixa un comentari