Astronomia

Lei de Hubble – O que é e como ela calcula a idade do universo?

Lei de Hubble é uma constante que comprova que o universo está em expansão, calculando assim, a idade estimada do universo.

Por Bianca Stephania Siarom

A Lei de Hubble é um fenômeno sugerido pelo astrônomo Edwin Hubble, em 1920, que comprova que o universo está em expansão e assim calcular a idade estimada do universo.

Através do deslocamento Doppler da luz que as galáxias emitem, Edwin percebeu que as galáxias estavam se afastando.

Além disso, o astrônomo observou que quanto maior a distância, maior era a velocidade desse movimento.

Ou seja, além do universo estar se expandindo, ele estava fazendo isso de uma maneira rápida.

Edwin Powell Hubble
Edwin Powell Hubble – Fonte: Wikiquote

Ao notar a expansão do universo, Edwin teve a ideia de reverter este processo, podendo assim estimar uma idade para o universo.

Logo, a Lei de Hubble é uma evidência que pode comprovar o Big Bang, estipulando que um dia tudo o que existe se formou a partir de um só ponto.

Contudo, os cálculos foram feitos e refeitos por diversos astrônomos e diversas idades para o universo foram especuladas.

Hoje, segundo a Lei de Hubble, pode-se dizer que a idade do Universo está estimada em 13 e 14 bilhões de anos.

universo
Galáxias no espaço – Fonte: Sapo24

Universo Estático x Termodinâmica

O início do século XX todos os cientistas ainda acreditavam que o universo era estático, também conhecido como universo “infinito”.

Ou seja, que ele existe infinitamente, do princípio ao fim e o espaço não se expande nem se contrai.

A primeira ideia que fez com que alguns cientistas recusassem a teoria do universo estático foi através da termodinâmica, utilizando o conceito da entropia.

Em resumo, entropia é uma grandeza física usada para medir o grau de desordem de um sistema.

A segunda lei da termodinâmica diz que, para qualquer sistema isolado, a entropia deve sempre permanecer constante ou aumentar.

Entretanto, é necessário que o sistema esteja em equilíbrio térmico para que isso aconteça. Isso significa que não pode haver troca de calor. Com isso, seria impossível existirmos.

Dessa forma, conclui-se que o universo não está em equilíbrio termodinâmico, uma vez que para que estejamos vivos, nosso corpo realiza pequenas trocas de calor.

Se o universo fosse infinitamente velho com sua entropia sempre aumentando, teríamos atingido equilíbrio termodinâmico, as trocas de calor teriam cessado e o universo todo pararia de funcionar.

Com isso, cientistas passaram a procurar formas de dar outra explicação quanto à existência e tempo de vida do universo.

Foi aí que a Lei de Hubble teve o pontapé inicial para ser descoberta.

Lei de Hubble universo
Galáxias no espaço – Fonte: Gizmodo

Como a Lei de Hubble foi descoberta?

A ideia de universo estático começou realmente a perder força quando os astrônomos Percival Lowell e Vesto Slipher, começaram a medir a velocidade das nebulosas (poeira estelar ou galáxias).

Usando o Efeito Doppler, perceberam que o deslocamento do espectro para o vermelho indicava velocidade de afastamento.

Em 1925, Slipher conseguiu obter um total de 45 espectros de nebulosas.

Por outro lado, como Slipher não tinha um método de medição de distâncias das nebulosas ele não conseguiu provar seu argumento.

Mal sabiam que estavam pertinho de chegar ao que conhecemos hoje como a Lei de Hubble.

Lei de Hubble: o que é e como ela calcula a idade do universo?
Slipher – Fonte: Gruncleodd

Foi aí que Edwin Hubble chamou o também astrônomo Milton Humason, para dar continuidade ao que Slipher iniciou.

Hubble pegou os mesmos espectros de nebulosas e, utilizando o método das Cefeidas para calcular a distância das galáxias, descobriu que quase todas elas apresentavam um desvio espectral para o vermelho (redshift).

Para entender melhor o redshift, precisamos nos remeter à física quântica.

Para medir a velocidade de uma galáxia distante é necessário conhecer a cor de qualquer radiação emitida por ela.

Os objetos na galáxia emitem luz em faixas ou cores que dependem do material de que são compostas.

Os espectros luminosos dessas luzes funcionam como assinaturas específicas de cada elemento, como oxigênio, por exemplo, e servem para identificá-los na Terra ou nas estrelas.

As linhas espectrais de elementos conhecidos estavam presentes nas nebulosas, mas deslocados de suas posições iniciais.

Estes deslocamentos provam o afastamentos dos objetos observados.

Isso foi o que Slipher definiu no início de seu estudo, graças ao efeito Doppler, que estimulou as observações.

Lei de Hubble: o que é e como ela calcula a idade do universo?
Deslocamentos de ondas no espectro luminoso – Fonte: Phylos

Constante de Hubble

Para chegar à equação, Hubble determinou a velocidade (v) de afastamento de uma galáxia em função da sua distância (r).

Com isso, temos que v = H . r, onde H é a constante de Hubble.

Inicialmente, Hubble chegou a um valor extremamente alto para a constante, por conta de erros nas calibrações de distância.

Até hoje estes cálculos são feitos por diversos estudiosos. O valor mais aproximado encontrado é o de 71 km/s.Mps, onde para cada distância de 1 Mpc (lê-se megaparsec), a velocidade de uma galáxia aumenta 71 km/s.

A unidade megaparsec corresponde a 3,09 x 1019 km, ou seja, a cada 3,09 x 10 19 km, a velocidade de afastamento de uma galáxia aumenta.

Lei de Hubble
Lei de Hubble – Fonte: Researchgate

Assim foi criada a Lei de Hubble, constituindo a primeira evidência para a expansão do Universo

Expansão do Universo

A expansão do universo, explicada no tópico acima, não se trata de uma expansão das galáxias no espaço.

A expansão do universo é a expansão do próprio espaço.

À medida que o universo se expande, o espaço aumenta de volume, mas a luz que viaja nele permanece a mesma.

Portanto, qualquer observador, em qualquer ponto do espaço observa a mesma expansão. Contudo, isso implica que o universo não tem bordas e nem centro.

Em 1998, descobriu-se não apenas que o universo está se expandindo, mas que ele está se expandindo de forma rápida.

Muitos cientistas acreditam que a razão física para isso é causada por um tipo de “energia escura”, que aparentemente existiu no início do universo.

Essa energia teria surgido logo após os eventos do Big Bang. Entretanto, ainda não conseguiram desvendar o assunto.

Lei de Hubble
Energia escura – Fonte: Universo Racionalista

Idade do universo

Segundo a Lei de Hubble, uma galáxia a uma distância de 10 Mpc (30,9 x 10 19 km) da Via Láctea possui velocidade de afastamento de 710 km/s.

Com isso, seguindo a teoria do Big Bang, podemos determinar o tempo necessário para o afastamento das galáxias.

Assim é estimada a idade do universo.

Lei de Hubble: o que é e como ela consegue definir a idade do universo?
Cálculo da idade do universo – Fonte: Mundo Educação

Fontes: Ciência Todo Dia, Mundo Educação, Mundo Educação, Univasf, Telescópios na Escola, Revista Galileu, Super Abril e Portal São Francisco.

Imagens: Vix, Sapo24, Wikiquote, Gruncleodd, Gizmodo, Phylos, Researchgate, Universo Racionalista e Mundo Educação.

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