Constante de Hubble e Expansão do Universo Observável

Descrição da imagem: Nosso Universo está em expansão com uma taxa de ≈67.8 km/s/Mpc (constante de Hubble), passou por um episódio de expansão rápida chamado "inflação" e crescerá para sempre. A taxa de expansão do universo observável significa que um objeto situado a um megaparsec (≈3.26 milhões de anos-luz) de nós se afasta a uma velocidade de ≈67.8 quilômetros por segundo.

A expansão do universo

Quando olhamos para o passado, o universo é cada vez menor, mais denso e mais quente. Em outras palavras, todos os objetos do Universo se aproximam uns dos outros quando assistimos ao filme de trás para frente, voltando no tempo.

Em 1923, Edwin Hubble (1889-1953) usou o telescópio Hooker de 250 cm, o telescópio mais potente da época. As observações feitas com este telescópio permitiram a Hubble estabelecer que as nebulosas observadas anteriormente com telescópios menos potentes não faziam parte da nossa Galáxia. De fato, ele determinou a distância da galáxia de Andrômeda (M31), que avaliou em 800.000 anos-luz, o que a coloca fora da nossa galáxia. Assim, Hubble encerrou o longo debate sobre a natureza dos objetos difusos que desde então serão chamados de galáxias.

Um pouco mais tarde, em 1929, Hubble analisou as velocidades radiais das galáxias, previamente medidas por Vesto Slipher (1875-1969), a partir dos desvios para o vermelho das linhas espectrais. Ele se limitou inicialmente às galáxias situadas a menos de 6 milhões de anos-luz e percebeu que a relação velocidade-distância era aproximadamente linear. Em companhia de Milton Humason (1891-1972), ele estendeu seu estudo a galáxias distantes até 100 milhões de anos-luz, e a relação permaneceu linear.

Hubble então enunciou sua famosa lei, "As galáxias se afastam umas das outras a uma velocidade proporcional à sua distância". Em outras palavras, quanto mais longe uma galáxia está de nós, mais rápido ela parece se afastar. Assim, ele criou o conceito de expansão do Universo. Atenção, as galáxias se afastam, mas não se trata de um movimento real das galáxias, é o Universo inteiro que está se expandindo e dando essa velocidade aparente às galáxias. É o espaço entre as galáxias que aumenta, na realidade é o espaço-tempo que se dilata.

A taxa de expansão das galáxias entre si corresponde à constante de Hubble (Hο) calculada por Edwin Hubble e Georges Lemaitre nos anos 1930. O inverso da constante de Hubble é chamado de "tempo de Hubble", corresponde à duração desde o Big Bang, ou seja, à idade do universo. A radiação fóssil, descoberta em 1965, é uma verdadeira "Pedra de Roseta" para os cosmólogos, pois permite decifrar a história térmica do Universo desde o Big Bang.

Qual é o valor da constante de Hubble?

Descrição da imagem: Essas pequenas flutuações de temperatura são as primeiras luzes do universo observável vistas pela missão Planck (março de 2013). Desde 2013, os astrofísicos europeus, canadenses e americanos afinaram a composição do Universo. Esta imagem composta em falsas cores representa os vestígios dos primeiros momentos da criação, cerca de 380.000 anos após o Big Bang, há 13,8 bilhões de anos (≈1%). O universo observável é composto por 69,4% de energia escura, 25,8% de matéria escura fria e 4,8% de átomos, ou seja, matéria comum. Crédito da imagem: ESA.

O mapa do Fundo Cósmico de Micro-ondas representa a radiação eletromagnética dos primeiros momentos do Universo observável. Esses fótons, detectáveis hoje na faixa das ondas de rádio, mantiveram os vestígios das grandes estruturas nascentes que serão transportadas pela inflação.

O valor da constante de Hubble (Hο) não é conhecido com precisão. Todas as medições feitas desde os anos 2000 dão um valor entre 63 km/s/Mpc e 73 km/s/Mpc. Em março de 2013, o satélite Planck, cuja missão é reconstruir a história térmica do Universo, calculou um valor de 67 km/s/Mpc. Em outras palavras, uma bolha de 1 Mpc, ou seja, 3,26 anos-luz, incha 67 km a cada segundo, uma bolha de 10 Mpc incha 670 km a cada segundo, uma bolha de 100 Mpc incha 6700 km a cada segundo...

Qual é o efeito da expansão do Universo na distância Terra-Sol?

A expansão do universo aplica-se apenas a espaços muito grandes, ou seja, entre entidades como aglomerados de galáxias ou superaglomerados.

No sistema solar, os objetos estão "conectados" pela força gravitacional do Sol e todo o conjunto pode ser considerado um sistema compacto.

Os objetos, dotados de massa e cuja velocidade de um em relação ao outro é inferior à sua velocidade de liberação, fazem parte de um sistema gravitacional. Enquanto o sistema estiver ligado gravitacionalmente, o espaço entre os objetos não pode inchar sob o efeito de uma força antigravitacional. O sistema como um todo está desacoplado da expansão do Universo observável. O mesmo ocorre com o Sol dentro da Galáxia.

Tabela: Equivalências entre as unidades de distância