El tamaño, la edad y la expansión del Universo. El «gigante» Hubble.

El 20 de noviembre de 1889, nacía el astrónomo norteamericano Edwin Powell Hubble (Marshfield, Misuri, 20 de noviembre de 1889-San Marino, California, 28 de septiembre de 1953).

Es considerado como uno de los astrónomos más importantes del siglo XX y posiblemente de todos los tiempos.

Comenzó estudiando Derecho en Universidad de Oxford donde se graduó e incluso llegó a ejercer como abogado un año. Sin embargo finalmente se decantó por su gran pasión; la astronomía. Se incorporó al Observatorio Yerkes de la Universidad de Chicago entre 1912 y 1914, y obtuvo su doctorado en física en 1917.

En 1919, comenzó a trabajar en el observatorio del Monte Wilson, donde tenía acceso al telescopio Hooker de 254 centímetros (100 pulgadas), por aquel entonces, el más potente del mundo.

Sus primeros trabajos, se centraron en el estudio de lo que entonces se conocía como nebulosas.

A principios del siglo XX se creía que la Vía Lactea era una solitaria isla de estrellas, con nada observable más allá. Andromeda fue catalogada en ese contexto como una retorcida luz al que los astrónomos llamaban «spiral nebulae».

Hubble pasó varios meses en 1923 observando de Andrómeda con el telescopio Hooker de 100 pulgadas, el telescopio más poderoso de esa época, en el Observatorio del Monte Wilson en California. Incluso con él, Andrómeda era un objetivo monstruoso, que abarcaba cerca de 5 pies de largo en el plano focal del telescopio. Por lo tanto, tomó muchas exposiciones que abarcan decenas de placas fotográficas de vidrio para capturar la nebulosa en su totalidad.

Se concentró en tres regiones. Una de ellas era el interior de uno de sus brazos espirales. En la noche del 5 de octubre de 1923, Hubble comenzó un maratón de observación que se prolongó hasta las primeras horas del 6 de octubre. En malas condiciones de observación, el astrónomo hizo una exposición de 45 minutos que reprodujo tres novas, una clase de explosión estelar. Escribió la letra «N», de Nova, al lado de cada uno de los tres objetos.

Más tarde, sin embargo, Hubble hizo un descubrimiento sorprendente al comparar ciertas placas con las exposiciones anteriores de las novas. Una de las novas parecía apagarse e iluminarse de nuevo durante un período de tiempo mucho más corto del que suele verse en una nova típica.

Hubble obtuvo suficientes observaciones de V1 para trazar su curva de luz, la que determinó de un período de 31,4 días, lo que indicaba que el objeto era una cefeida variable. El plazo daba al brillo intrínseco de la estrella un periodo concreto, que Hubble entonces utilizó para calcular su distancia. La estrella resultó estar a 1 millón de años luz de la Tierra, más de tres veces el diámetro calculado por Shapley para la Vía Láctea.

Gracias a su marcador, Hubble tachó la «N» junto a la recién descubierta cefeida variable y escribió «Var», variable, seguido de un signo de exclamación.

Durante varios meses el astrónomo continuó observando Andrómeda, en búsqueda de otras cefeidas variables.

El 30 de diciembre de 1923 Hubble descubrió las estrellas individuales que constituyen la nebulosa de la región externa de la galaxia de Andrómeda, y gracias a la relación luminosidad-distancia que caracteriza a estas estrellas, pudo demostrar que Andrómeda no está en el interior de nuestra Galaxia, sino fuera, y que era un sistema de estrellas completamente similar al nuestro Encontró en Andrómeda una estrella que tenía una luminosidad y decaimiento medible y que se comportaba como un patrón, y la catalogó como V1, una estrella cefeida variable. Este tipo de estrellas ya había sido probada como un marcador fiable para medir de distancias en nuestra propia galaxia.

Antes del descubrimiento de V1, muchos astrónomos creían que las nebulosas espirales, como Andrómeda, eran parte de nuestra galaxia, la Vía Láctea. Otros no estaban tan seguros. De hecho, los astrónomos Shapley y Curtis Heber mantuvieron un debate público en 1920 sobre la naturaleza de estas nebulosas. Durante el debate, Shapley defendió la medición de 300.000 años luz para el tamaño de la Vía Láctea. Aunque Shapley, sobrestimando su tamaño, estaba en lo cierto al afirmar que la Vía Láctea era mucho más grande que las dimensiones comúnmente aceptadas. También argumentó que las nebulosas espirales eran mucho más pequeñas que la gigantesca Vía Láctea y por lo tanto debían ser parte de ella. Pero Curtis no estaba de acuerdo. Él pensaba que la Vía Láctea era más pequeña de lo que Shapley afirmaba, dejando espacio para otros universos isla más allá de nuestra galaxia.

Para resolver el debate, los astrónomos tuvieron que establecer distancias fiables para las nebulosas espirales. Así que se buscaron las estrellas en la nebulosa cuya luminosidad intrínseca se que creía conocer. Sabiendo el verdadero brillo de una estrella, los astrónomos pudieron calcular la distancia a la que se hallaba de la Tierra. Pero algunas de las estrellas seleccionadas no eran marcadores fiables.

Andrómeda, la mayor de las nebulosas espirales, presenta indicios ambiguos con respecto a su distancia. Los astrónomos habían observado diferentes tipos de estrellas que explotaban en la nebulosa. Pero no acababan de entender los procesos estelares subyacentes, por lo que tuvieron dificultades para calcular hasta qué punto estas estrellas estaban lejos de la Tierra. La medida a la que se hallaba Andrómeda, por lo tanto, variaba mucho.

El 19 de febrero del año 1924, Hubble envía una carta histórica al, también astrónomo, Harlow Shapley. En ella afirma, que tras los cálculos realizados por el mismo, la distancia de la Tierra a Andrómeda es de 300.000 parsecs (aproximadamente un millón de años-luz), por lo que la galaxia Andrómeda está fuera de los límites de la Vía Láctea. El universo está formado por millones de galaxias. Después de leer la carta, Shapley estaba convencido de que la evidencia era segura. Dijo a un colega, «Aquí está la carta que destruyó mi universo».

El 23 de noviembre de 1924 Edwin Hubble publica su descubrimiento de la galaxia de Andrómeda. El científico demostró que era una galaxia y no una nebulosa, como se creía anteriormente. De esta manera, se demostró que la Vía Láctea no era la única galaxia del universo.

A finales de 1924 Hubble había descubierto 36 estrellas variables en Andrómeda, de los cuales 12 fueron Cefeidas. Usando todas las Cefeidas, obtuvo una distancia de 900.000 años luz. Medidas actuales mejoradas sitúan la galaxia a 2 millones de años luz de distancia.

El 30 de diciembre de 1924 Edwin Hubble demuestra públicamente que la galaxia Andrómeda no está en el interior de nuestra galaxia, sino fuera, y que es un sistema de estrellas completamente similar al nuestro. El universo es mucho mas grande de lo que se creía.

Shapley y el astrónomo Henry Norris Russell instaron a Edwin Hubble a escribir un artículo para una reunión conjunta de la Sociedad Astronómica Americana y la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia a finales de diciembre de 1924. El artículo, titulado «Naturaleza extragaláctica de las nebulosas espirales», compartió el premio a la mejor comunicación del año. Un breve artículo sobre el premio apareció en la edición del 10 de febrero 1925 en The New York Times.

Hubble introdujo así mismo, un sistema de clasificación de las Galaxias según su estructura. En 1929 comparó las distancias que había calculado para diferentes galaxias con los desplazamientos hacia el rojo, fijados por Slipher para las mismas galaxias. Descubrió que cuanto más lejos estaba la galaxia, más alta era su velocidad de recesión. A esta relación se la conoce como la ley de los desplazamientos hacia el rojo o ley de Hubble; la cual determina que la velocidad de una galaxia es proporcional a su distancia.

Las observaciones de V1 de Edwin Hubble se convirtieron en el primer paso crítico en el descubrimiento de un universo mayor. Gracias a él llegó a encontrar muchas galaxias más allá de la Vía Láctea. Esas galaxias, a su vez, le permitieron determinar que el universo se estaba expandiendo.

En 1929, Hubble publicó un análisis de la velocidad radial, respecto a la Tierra, de las nebulosas cuya distancia había calculado estableciendo 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 bajo la suposición de que se alejaban. Incluso, descubrió que existía una relación directa entre la distancia de una nebulosa y su velocidad de retroceso.

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 extragalácticas 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. Esto llevó al astrónomo a elaborar junto a Milton Humason el postulado de la Ley de Hubble acerca de la expansión del universo.

Los trabajos anteriores de Alexander Friedman, del año 1922, y de Georges Lemaître, de 1927, utilizaron la teoría de la relatividad para demostrar que el universo estaba en movimiento constante.

El descubrimiento de la expansión del Universo empieza en 1912, con los trabajos del astrónomo norteamericano Vesto M. Slipher. Mientras estudiaba los espectros de las galaxias observó que, excepto en las más próximas, las líneas del espectro se desplazan hacia el rojo.

Lemaitre en 1927 descubrió una solución para las ecuaciones relativistas de Albert Einstein que ofrecía como resultado un universo en expansión. Lemaitre fue el primer académico conocido en proponer la teoría de la expansión del universo, ampliamente mal atribuida a Edwin Hubble. También fue el primero en derivar lo que se conoce como la ley de Hubble e hizo la primera estimación de lo que ahora se llama la constante de Hubble, la cual publicó en 1927, dos años antes del artículo de Hubble. La constante de Hubble o de proporcionalidad es el cociente entre la distancia de una galaxia a la Tierra y la velocidad con que se aleja de ella. Se calcula que esa constante está entre los 50 y 100 Km/s por megaparsec.

Georges Lemaître observó por primera vez, en 1927, que un universo en expansión podría remontarse en el tiempo para un único punto de origen, los científicos se han basado en su idea de la expansión cósmica. Poco después, en 1929, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió galaxias más allá de la Vía Láctea que se alejaban de nosotros, como si el Universo se expandiera constantemente. En 1948, el físico ucraniano nacionalizado estadounidense, George Gamow (1904-1968), planteó que el universo se creó a partir de una gran explosión (big bang). Recientemente, ingenios espaciales puestos en órbita (COBE) han conseguido «oír» los vestigios de esta gigantesca explosión primigenia.

Lemaître elaboró la hipótesis de que toda la materia del universo en el momento del origen estaba concentrada en un átomo primordial, un punto de elevadísima densidad cuya explosión habría determinado el comienzo de la expansión y la creación de la materia. El tiempo y el espacio estaban contenidos en él y comenzaron a desplegarse a partir del terrible estallido inicial, puesto que según la teoría de la relatividad no pueden existir independientemente del universo.

Eddington, convencido por lo expuesto por Lemaître dictó el 10 de mayo de 1930 una conferencia ante la Real Sociedad Astronómica sobre ese problema, y en ella informó sobre el trabajo de Lemaître: se refirió a la «contribución decididamente original avanzada por la brillante solución de Lemaître», diciendo que «da una respuesta asombrosamente completa a los diversos problemas que plantean las cosmogonías de Einstein y de De Sitter». El 19 de mayo, De Sitter reconoció también el valor del trabajo de Lemaître, que fue publicado, traducido al inglés, por la Real Sociedad Astronómica.

En 1964 la radiación de fondo cósmico de microondas fue descubierta, lo que fue una prueba crucial en favor del modelo del Big Bang, ya que la teoría predijo la existencia de la radiación de fondo en todo el universo antes de ser descubierta. Las leyes físicas conocidas de la naturaleza pueden utilizarse para calcular las características en detalle del universo del pasado a un estado inicial de extrema densidad y temperatura.

El 24 de abril de 1990 en la misión STS-31 y como un proyecto conjunto de la NASA y de la Agencia Espacial Europea (ESA), se ponía en órbita el telescopio espacial Hubble denominado de esta forma en honor a Edwin Hubble. El Universo se nos mostraba como nunca antes lo habíamos visto.