La constante de Hubble es el valor actual del parámetro H de Hubble . Es la constante de proporcionalidad que existe hoy entre la distancia y la velocidad de aparente recesión de las galaxias del universo observable (cuanto más lejos está una galaxia de la Tierra, más rápidamente se aleja de ella). Permite aclarar la ley de Hubble-Lemaître que describe la expansión del Universo , en el marco del modelo cosmológico del Big Bang , y determinar la tasa actual de expansión del Universo.
Este nombre se le dio en honor al astrónomo estadounidense Edwin Hubble quien fue el primero, en 1929, en demostrar claramente la proporcionalidad de distancias y velocidades, gracias a sus observaciones realizadas en el Observatorio Mount Wilson . Unos años antes, Alexandre Friedmann en 1922 y Georges Lemaître en 1927 habían construido por su parte e independientemente el modelo teórico de un universo en expansión a partir de las ecuaciones de la relatividad general , y demostraron matemáticamente la posibilidad de la existencia de tal proporcionalidad.
La constante de Hubble generalmente se expresa en km / s / Mpc , proporcionando así la velocidad en kilómetros por segundo ( km / s ) de una galaxia, en función de su distancia en megaparsecs (Mpc). Su valor de observación se sitúa actualmente en torno a los 70 km / s / Mpc . Sin embargo, hoy en día existe un gran número de mediciones independientes de este parámetro que son cercanas pero incompatibles, estas diferencias no han sido explicadas hasta la fecha.
Aunque se denomina "constante", este parámetro cosmológico varía en función del tiempo. Por lo tanto, describe la tasa de expansión del universo en un momento dado.
Estrictamente hablando, se debe hacer una distinción entre la constante de Hubble, el parámetro de Hubble y la tasa de expansión.
La constante de Hubble es el valor actual del parámetro de Hubble.
La tasa de expansión es la expresión, en porcentaje , del valor del parámetro de Hubble.
Generalmente se anota la constante de Hubble , donde la letra H es la inicial del patronímico de Edwin Hubble (la letra H sola ya se usa mucho en física, y el índice cero está presente para indicar que es el valor actual de la constante de Hubble.
La dimensión de la constante de Hubble es la inversa de un tiempo .
Su unidad SI es la segunda a la potencia negativa (s −1 ).
Sin embargo, se acostumbra expresarlo en kilómetros por segundo por megaparsec (km / s / Mpc o km⋅s −1 ⋅Mpc −1 ), de la siguiente forma:
,donde es la tasa de expansión.
Un valor de 70 km / s / Mpc para la constante de Hubble significa que una galaxia ubicada a 1 megaparsec (aproximadamente 3,26 millones de años luz ) del observador se está alejando debido a la expansión del universo (y por lo tanto excluyendo el efecto de un objeto propio movimiento , insignificante a una distancia muy grande) a una velocidad de unos 70 km / s . Una galaxia ubicada a 10 Mpc se aleja a una velocidad de 700 km / s , etc.
Una consecuencia sorprendente a priori de la ley de Hubble es que una galaxia que estaría ubicada a más de 4000 Mpc (14 mil millones de años luz) se alejaría de nosotros a una velocidad mayor que la de la luz. Esto simplemente indica que la interpretación en términos del movimiento de las galaxias en el espacio se vuelve inadecuada a grandes distancias. La relatividad general explica que debemos considerar que estamos en presencia de una expansión del propio espacio.
Las diferencias entre los diversos valores indicados anteriormente para la constante de Hubble son modestas; pero si esta diferencia proviene de una aceleración de la expansión del universo y no de aproximaciones de medida, puede cuestionar el modelo cosmológico del devenir del universo. A las hipótesis anteriores de Big Bounce , Big Crunch y Big Chill se sumaría entonces la posibilidad de un Big Rip ya considerado por el astrofísico estadounidense Robert Caldwell en la década de 1990.
El descubrimiento experimental de la relación lineal entre el corrimiento al rojo y la distancia de un objeto distante, asociado con una relación lineal a priori entre la tasa de recesión y el corrimiento al rojo, se formaliza matemáticamente de la siguiente manera:
o
El valor de la constante de Hubble se estima a partir de la medición de dos parámetros relacionados con objetos distantes. Primero, el corrimiento al rojo ( corrimiento al rojo ) le permite saber la velocidad a la que las galaxias distantes se alejan de nosotros (a larga distancia uno puede descuidar el movimiento apropiado). Por otro lado, medimos la distancia de estas galaxias. Esta segunda medición es difícil de realizar, lo que genera grandes incertidumbres sobre el valor de la constante de Hubble.
Al principio de la segunda mitad del XX ° siglo , se estimó el valor de la constante de Hubble entre 50 y 100 km / s / Mpc . Luego, en la década de 1990 , los supuestos del modelo ΛCDM dieron como resultado un valor cercano a los 70 km / s / Mpc .
Si las observaciones realizadas desde la década de 2010 coinciden aproximadamente con un valor cercano a los 70 km / s / Mpc , no obstante plantean un problema para los astrofísicos.
Hasta finales de la década de 2010, se utilizaron dos métodos principales para estimar experimentalmente el valor de la constante de Hubble:
Los valores más precisos obtenidos para la constante de Hubble obtenidos con el primer método convergen alrededor de 73 km / s / Mpc, mientras que los utilizados en el segundo aproximan 67 km / s / Mpc. La diferencia es entonces significativa (según los estudios, del orden de tres a cinco desviaciones estándar ). Si bien la precisión del primer tipo de medición debería reducirse al 1% en cinco años, no hay indicios de que observaciones adicionales puedan reducir significativamente el desacuerdo con el segundo tipo de medición. A medida que los estudios confirman esta diferencia, el sesgo en las mediciones de distancia se vuelve cada vez menos probable.
Otros métodos de medición incorporados a la investigación a finales de la década de 2010:
En 2019 no conocemos definitivamente los motivos de esta incompatibilidad. Durante el congreso de cosmología realizado en julio de 2019, en Santa Bárbara (California) , los astrofísicos presentan varias mediciones de la tasa de expansión del Universo entre 69,8 y 76,5 km / s / Mpc , a ± 2 km / s / Mpc de cerca, una discrepancia calificada por la mayoría de los participantes como "problema" o "tensión" . Varias publicaciones piden en particular un reexamen del modelo ΛCDM para resolver este problema.
Con fecha de | Valor de la constante de Hubble (en km / s / Mpc) | Equipo | Fuente | Nota / metodología |
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11/06/2019 | 73,3+1,7 −1,8 |
H0LiCOW | Observación de variaciones temporales entre varias imágenes (mediante lentes gravitacionales ) de seis quásares . | |
14/10/2019 | 74,2+2,7 −3 |
Zancadas | Modelado de la distribución de masa y retardos de tiempo del quásar DES J0408-5354 a través de una lente gravitacional. | |
13/09/2019 | 82,4 ± 8,4 | Calibración de distancias mediante imágenes fantasma de un cuásar debido a un efecto de lente gravitacional . | ||
08/07/2019 | 70,3+5,3 −5 |
Detectores LIGO y VIRGO | Análisis de ondas gravitacionales y ondas de radio asociadas, en particular GW170817 . | |
26/03/2019 | 74,03 ± 1,42 | Telescopio espacial Hubble / ZAPATOS | Observación de las cefeidas de la Gran Nube de Magallanes (después de su calibración precisa) por el Telescopio Espacial Hubble . | |
11/09/2020 | 67,4 ± 0,5 | PLANCHA 2018 | Análisis de las observaciones de fondo cósmico difuso realizadas por el satélite Planck ( publicado el 11 de septiembre de 2020 ). | |
20/12/2012 | 69,32 ± 0,8 | WMAP | Análisis de datos de WMAP sobre el fondo cósmico difuso combinado con otros datos cosmológicos en una versión simplificada del modelo ΛCDM. | |
Agosto de 2006 | 76,9+10,7 −8,7 |
Chandra | Observación en el campo de los rayos X. | |
Mayo de 2001 | 72 ± 8 | telescopio espacial Hubble | Análisis en el campo óptico utilizando velas estándar . |
El tiempo de Hubble, anotado t H , es el inverso de la constante de Hubble:
.El radio de Hubble, indicado R H , es la relación entre la velocidad de la luz en el vacío ( c 0 ) y la constante de Hubble:
.La esfera de Hubble, denotada S H , es la esfera de radio R H , el radio de Hubble, centrada en el observador.
Su superficie (interna) es el horizonte de Hubble.
Su volumen, denotado V H , es el volumen de Hubble:
.