12 La ley de Hubble

El astrónomo norteamericano Edwin Hubble fue el primero en darse cuenta de que todas las galaxias fuera de la nuestra se alejan de nosotros. Cuanto más lejos están, más rápido se retiran, siguiendo la ley de Hubble. Esta diáspora galáctica proporcionó la primera evidencia de que el universo se expande, un descubrimiento sorprendente que cambió la visión de nuestro universo y de su destino.

Cuando Copérnico dedujo en el siglo XVI que la Tierra giraba alrededor del Sol causó una gran consternación. Los seres humanos ya no vivían en el centro del cosmos. Ahora bien, en la segunda década del siglo XX, Hubble realizó unas mediciones con el telescopio que resultaban todavía más perturbadoras. Demostró que el universo entero no estaba estático, sino que se expandía.

Hubble estableció a qué distancias se encontraban las otras galaxias y sus velocidades con respecto a nuestra Vía Láctea, y descubrió que todas ellas se alejaban de nosotros. Cósmicamente éramos tan poco populares que sólo unos pocos vecinos cercanos avanzaban lentamente hacia nosotros. Cuanto más lejana es la galaxia, más rápidamente retrocede, con una velocidad proporcional a la distancia a la que se encuentra (ley de Hubble). La relación entre la velocidad y la distancia es igual siempre a un mismo número, que se bautizó como constante de Hubble. Los astrónomos actuales han comprobado que su valor se acerca a los 72 km por segundo y por megapársec (un megapársec, o un millón de pársecs equivale a 3.262.000 de años luz, 3 × 10²² m). Éste es el ritmo al que las galaxias se alejan de nosotros.

El Gran Debate Antes del siglo XX, los astrónomos prácticamente no entendían nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Habían medido centenares de estrellas que estaban en su interior, pero también habían observado que estaba salpicada por muchas manchas tenues, llamadas nebulosas. Algunas de estas nebulosas eran nubes de gas que estaban relacionadas con los nacimientos y las muertes de las estrellas, pero otras parecían diferentes. Algunas tenían forma de espiral u ovalada que sugerían que eran más regulares que una nube. El origen de estas nebulosas fue objeto de debate en 1920 entre dos famosos astrónomos (véase la p. 45). Harlow Shapley argumentaba que todo lo que hay en el cielo forma parte de la Vía Láctea; Heber Curtis proponía que algunas de estas nebulosas estaban fuera de la Vía Láctea. Hubble demostró que las nebulosas en espiral eran en realidad galaxias externas. El universo se había convertido de repente en un lienzo vastísimo.

Hubble usó el Telescopio Hooker de 100 pulgadas (254 cm), situado en el monte Wilson, para medir la luz de las estrellas en la nebulosa de Andrómeda, que ahora sabemos que es una galaxia en espiral muy parecida a la Vía Láctea y también hermana del grupo de galaxias asociado a la nuestra. Estas estrellas parpadeantes llamadas cefeidas son estrellas variables, e, incluso ahora, son indicadoras de distancia inestimables. La amplitud y el ritmo del parpadeo están directamente relacionados con el brillo intrínseco de la estrella, así que si sabes cómo varía la luz, podemos averiguar también lo brillante que es. Y si conocemos su brillo, podemos averiguar lo lejos que está, porque se atenúa con la distancia. De este modo, Hubble pudo medir la distancia que separa la Tierra de la galaxia de Andrómeda. Y así se confirmó que estaba situada mucho más allá de los confines de la Vía Láctea, y que, por tanto, debía estar fuera de nuestra galaxia. De este modo, se sentaron las bases para el debate: existían otras galaxias más allá de la nuestra.

Expansión del universo Hubble estableció después las distancias de muchas otras galaxias. También descubrió que su desplazamiento hacia el rojo de la luz era proporcional a la distancia. El desplazamiento hacia el rojo es similar al efecto Doppler de un objeto cuya velocidad lo aleja de nosotros (véanse las pp. 36-39). Descubrir qué frecuencias conocidas de luz, incluidas las líneas espectrales, aparecían más rojas de lo esperado implicaba que estas galaxias se alejaban rápidamente de nosotros, como ocurre cuando el tono de las sirenas de las ambulancias cae cuando se alejan a toda velocidad. Resultaba muy extraño que todas las galaxias se estuvieran alejando, y que sólo algunas pocas, de las que estaban más cerca, se movieran hacia nosotros. Además, cuanto más lejos estaban, más rápido retrocedían.

Hubble también observó que las galaxias no se limitaban a alejarse de nosotros, lo que nos habría conferido un lugar privilegiado en el universo, sino que también se alejaban unas de otras. Llegó, por tanto, a la conclusión de que el universo se expandía y que se hinchaba como si fuera un balón gigante. Las galaxias serían, entonces, como puntos señalados en el globo que se alejarían cada vez más unos de otros, conforme aquél se llenara de aire.

¿Cuán lejos y cuán rápido? Incluso en la actualidad, los astrónomos usan las estrellas cefeidas variables para analizar la expansión del universo local. Medir la constante de Hubble con precisión ha sido un objetivo primordial. Para conseguirlo, era necesario conocer lo lejos que está algo y su velocidad o desplazamiento hacia el rojo. Los desplazamientos hacia el rojo se miden directamente a partir de las líneas espectrales. La frecuencia de una transición atómica particular de la luz estelar puede cotejarse con su longitud de onda medida en el laboratorio: la diferencia indica su desplazamiento hacia el rojo.

Las distancias son más difíciles de determinar, porque es necesario observar algún objeto de la lejana galaxia cuya distancia o cuyo brillo verdadero se pueda medir, es decir, «una vela estándar».

Hay una gran variedad de métodos para inferir distancias astronómicas. Las estrellas cefeidas sirven cuando se trata de galaxias cercanas, y se pueden separar las estrellas individuales. No obstante, si las galaxias están más lejos, hay que recurrir a otras técnicas. Si se agrupan todas ellas, obtendremos una vara de medir gigante o «escala de distancias». No obstante, como cada método tiene sus propias peculiaridades, sigue habiendo muchas dudas en la precisión de la escala extendida.

En la actualidad, sabemos que la constante de Hubble tiene una precisión de alrededor de un 10 por 100, en buena parte gracias a la observación de galaxias mediante el Telescopio Espacial Hubble y de la radiación cósmica de fondo de microondas. La expansión del universo empezó con el Big Bang, la explosión que creó el universo, y las galaxias han ido alejándose unas de otras desde entonces. La ley de Hubble establece un límite de edad al universo. Al estar en continua expansión, si se rastrea la expansión hasta su punto de inicio, se puede averiguar cuándo empezó. Y resulta que podemos situar ese inicio hace unos 14.000 millones de años. Afortunadamente, este ritmo de expansión no es suficientemente grande para desgarrar el universo, sino que, por el contrario, en el cosmos existe el equilibrio adecuado para que no llegue a desgarrarse ni tampoco llegue a adquirir una cantidad de masa que lo llevara a contraerse sobre sí mismo.

La idea en síntesis: el universo en expansión