A constante de Hubble é o valor atual do parâmetro H de Hubble . É a constante de proporcionalidade existente hoje entre a distância e a velocidade de aparente recessão das galáxias do universo observável (quanto mais longe uma galáxia está da Terra, mais ela se afasta dela rapidamente). Permite esclarecer a lei de Hubble-Lemaître que descreve a expansão do Universo , no quadro do modelo cosmológico do Big Bang , e determinar a taxa atual de expansão do universo.
Este nome foi dado em homenagem ao astrônomo americano Edwin Hubble que foi o primeiro, em 1929, a demonstrar claramente a proporcionalidade das distâncias e velocidades, graças às suas observações feitas no Observatório do Monte Wilson . Alguns anos antes, Alexandre Friedmann em 1922 e Georges Lemaître em 1927, por sua vez, construíram de forma independente o modelo teórico de um universo em expansão a partir das equações da relatividade geral , e demonstraram matematicamente a possibilidade da existência de tal proporcionalidade.
A constante de Hubble é geralmente expressa em km / s / Mpc , fornecendo assim a velocidade em quilômetros por segundo ( km / s ) de uma galáxia, em função de sua distância em megaparsecs (Mpc). Seu valor observacional está atualmente em torno de 70 km / s / Mpc . No entanto, hoje existe um grande número de medições independentes deste parâmetro que são próximas, mas incompatíveis, essas diferenças não foram explicadas até o momento.
Embora referido como "constante", este parâmetro cosmológico varia em função do tempo. Portanto, descreve a taxa de expansão do universo em um determinado momento.
Estritamente falando, uma distinção deve ser feita entre a constante de Hubble, o parâmetro de Hubble e a taxa de expansão.
A constante de Hubble é o valor atual do parâmetro Hubble.
A taxa de expansão é a expressão, em porcentagem , do valor do parâmetro de Hubble.
A constante de Hubble é geralmente observada , onde a letra H é a inicial do patronímico de Edwin Hubble (a letra H sozinha já é muito usada em física, e o índice zero está presente para indicar que é o valor atual da constante de Hubble.
A dimensão da constante de Hubble é a do inverso de um tempo .
Sua unidade SI é a segunda à potência negativa (s −1 ).
No entanto, é comum expressá-lo em quilômetros por segundo por megaparsec (km / s / Mpc ou km⋅s −1 ⋅Mpc −1 ), da seguinte forma:
,onde está a taxa de expansão.
Um valor de 70 km / s / Mpc para a constante de Hubble significa que uma galáxia localizada a 1 megaparsec (cerca de 3,26 milhões de anos-luz ) do observador está se afastando devido à expansão do universo (e, portanto, excluindo o efeito do próprio objeto movimento , insignificante a uma distância muito grande) a uma velocidade de cerca de 70 km / s . Uma galáxia localizada a 10 Mpc está se afastando a uma velocidade de 700 km / s , etc.
Uma consequência surpreendente a priori da lei de Hubble é que uma galáxia localizada a mais de 4000 Mpc (14 bilhões de anos-luz) se afastaria de nós a uma velocidade maior do que a da luz. Isso simplesmente indica que a interpretação em termos do movimento das galáxias no espaço torna-se inadequada em grandes distâncias. A relatividade geral explica que devemos considerar que estamos na presença de uma expansão do próprio espaço.
As diferenças entre os vários valores indicados acima para a constante de Hubble são modestas; mas se essa diferença vem de uma aceleração da expansão do universo e não de aproximações de medição, ela pode colocar em questão o modelo cosmológico do devir do universo. Às hipóteses anteriores de Big Bounce , Big Crunch e Big Chill seria então adicionada a possibilidade de um Big Rip já considerada pelo astrofísico americano Robert Caldwell nos anos 1990.
A descoberta experimental da relação linear entre o redshift e a distância de um objeto distante, associada a uma relação linear a priori entre a taxa de recessão e o redshift, é matematicamente formalizada da seguinte forma:
ou
O valor da constante de Hubble é estimado a partir da medição de dois parâmetros relativos a objetos distantes. Primeiro, o desvio para o vermelho ( redshift ) permite que você saiba a velocidade com que galáxias distantes estão se afastando de nós (a longa distância pode-se negligenciar o movimento adequado). Por outro lado, medimos a distância dessas galáxias. Esta segunda medição é difícil de realizar, o que causa grandes incertezas no valor da constante de Hubble.
No início da segunda metade do XX ° século , o valor da constante de Hubble foi estimada entre 50 e 100 km / s / Mpc . Já na década de 1990 , as premissas do modelo ΛCDM resultaram em um valor próximo a 70 km / s / Mpc .
Se as observações feitas desde 2010 concordam aproximadamente com um valor próximo a 70 km / s / Mpc , elas representam um problema para os astrofísicos.
Até o final da década de 2010, dois métodos principais foram usados para estimar experimentalmente o valor da constante de Hubble:
Os valores mais precisos obtidos para a constante de Hubble obtida com o primeiro método convergem em torno de 73 km / s / Mpc, enquanto os usados no segundo se aproximam de 67 km / s / Mpc. A diferença é então significativa (dependendo dos estudos, da ordem de três a cinco desvios-padrão ). Embora a precisão do primeiro tipo de medição deva ser reduzida para 1% em cinco anos, não há indicação de que observações adicionais possam reduzir significativamente a discordância com o segundo tipo de medição. Conforme os estudos confirmam essa diferença, o viés nas medições de distância torna-se cada vez menos provável.
Outros métodos de medição alimentaram pesquisas no final da década de 2010:
Em 2019 não sabemos definitivamente os motivos desta incompatibilidade. Durante o congresso de cosmologia realizado em julho de 2019, em Santa Bárbara (Califórnia) , astrofísicos apresentam diversas medidas da taxa de expansão do Universo entre 69,8 e 76,5 km / s / Mpc , a ± 2 km / s / Mpc próximo, discrepância qualificada pela maioria dos participantes como "problema" ou "tensão" . Várias publicações pedem em particular um reexame do modelo MCDM para resolver este problema.
Datado | Valor constante de Hubble (em km / s / Mpc) | Equipe | Fonte | Nota / metodologia |
---|---|---|---|---|
11/06/2019 | 73,3+1,7 -1,8 |
H0LiCOW | Observação de variações temporais entre várias imagens (por lentes gravitacionais ) de seis quasares . | |
14/10/2019 | 74,2+2,7 −3 |
PASSADAS | Modelagem da distribuição de massa e atrasos de tempo do quasar DES J0408-5354 por meio de lentes gravitacionais. | |
13/09/2019 | 82,4 ± 8,4 | Calibração de distâncias usando imagens fantasmas de um quasar devido a um efeito de lente gravitacional . | ||
08/07/2019 | 70,3+5,3 −5 |
Detectores LIGO e VIRGO | Análise de ondas gravitacionais e ondas de rádio associadas, em particular GW170817 . | |
26/03/2019 | 74,03 ± 1,42 | Telescópio Espacial Hubble / SHoES | Observação das Cefeidas da Grande Nuvem de Magalhães (após sua calibração precisa) pelo Telescópio Espacial Hubble . | |
11/09/2020 | 67,4 ± 0,5 | PLANCK 2018 | Análise de observações cósmicas difusas de fundo feitas pelo satélite Planck ( publicado em 11 de setembro de 2020 ). | |
20/12/2012 | 69,32 ± 0,8 | WMAP | Análise de dados de WMAP no fundo difuso cósmico combinado com outros dados cosmológicos em uma versão simplificada do modelo ΛCDM. | |
Agosto de 2006 | 76,9+10,7 -8,7 |
Chandra | Observação na área de Raios-X. | |
Maio de 2001 | 72 ± 8 | telescópio espacial Hubble | Análise no campo óptico usando velas padrão . |
O tempo de Hubble, observado t H , é o inverso da constante de Hubble:
.O raio de Hubble, observado R H , é a razão da velocidade da luz no vácuo ( c 0 ) pela constante de Hubble:
.A esfera de Hubble, denotada S H , é a esfera de raio R H , o raio de Hubble, centrada no observador.
Sua superfície (interna) é o horizonte de Hubble.
Seu volume, denotado V H , é o volume de Hubble:
.