Edwin Hubble e expansão do universo

Edwin Hubble e expansão do universo

Edwin Hubble foi um astrônomo americano que revolucionou nossa compreensão do universo, fornecendo as primeiras evidências observacionais de que o universo está em expansão. Suas descobertas no início do século XX alteraram fundamentalmente a cosmologia.

Seu trabalho não apenas confirmou a existência de galáxias além da Via Láctea, mas também estabeleceu a base para a teoria do Big Bang, ao mostrar que essas galáxias estão se afastando umas das outras. A “Lei de Hubble” é um pilar da astronomia moderna.

O estudo de Edwin Hubble e a expansão do universo é fundamental para estudantes do Ensino Médio e vestibulandos, pois aborda conceitos cruciais de física e astronomia, frequentemente cobrados em exames como o ENEM.

Quem foi Edwin Hubble?

Edwin Powell Hubble (1889-1953) foi um astrônomo norte-americano de grande influência, cujo trabalho marcou uma virada na cosmologia do século XX. Inicialmente formado em direito, sua paixão pela astronomia o levou a seguir uma carreira científica, obtendo seu doutorado em astrofísica.

Sua pesquisa mais significativa foi realizada no Observatório de Mount Wilson, na Califórnia, onde teve acesso ao telescópio mais poderoso da época. Foi através dessas observações que ele fez suas descobertas mais impactantes sobre a natureza do universo.

As descobertas de Hubble

As principais contribuições de Edwin Hubble para a astronomia podem ser divididas em duas grandes áreas: a confirmação da existência de outras galáxias e a descoberta da expansão do universo.

Galáxias além da Via Láctea

Antes de Hubble, o consenso científico era que a Via Láctea constituía todo o universo. As “nebulosas espirais” observadas eram consideradas parte de nossa própria galáxia. Hubble, utilizando o Telescópio Hooker de 100 polegadas, conseguiu identificar estrelas variáveis Cefeidas em algumas dessas nebulosas.

Ao medir o brilho e o período de variação dessas Cefeidas, Hubble pôde calcular suas distâncias. Ele demonstrou que a “Nebulosa de Andrômeda” (hoje conhecida como Galáxia de Andrômeda) estava a uma distância muito maior do que qualquer objeto conhecido dentro da Via Láctea. Isso provou, de forma irrefutável, que Andrômeda era uma galáxia separada, um “universo-ilha” por si só, e que o cosmos era muito maior do que se imaginava.

A expansão do universo e a Lei de Hubble

A descoberta mais impactante de Hubble foi a relação entre a distância de uma galáxia e sua velocidade de afastamento. Ele observou que a luz de galáxias distantes apresentava um desvio para o vermelho (redshift), um fenômeno interpretado como o efeito Doppler para a luz, indicando que essas galáxias estavam se afastando da Terra.

Mais importante, Hubble notou que quanto mais distante uma galáxia estava, mais rápido ela parecia se afastar. Essa relação linear ficou conhecida como a Lei de Hubble.

Lei de Hubble: A velocidade de recessão de uma galáxia é proporcional à sua distância da Terra.

Sua fórmula é:

v = H₀ · d

Onde:

• v é a velocidade de recessão da galáxia (geralmente em km/s).
• H₀ é a constante de Hubble (geralmente em km/s/Mpc).
• d é a distância da galáxia (geralmente em Megaparsecs – Mpc).

A constante de Hubble (H₀) é um valor crucial que representa a taxa de expansão do universo. Embora seu valor exato tenha sido refinado ao longo do tempo, a essência da Lei de Hubble permanece como uma das maiores evidências da expansão cósmica.

Implicações da expansão do universo

A descoberta de Hubble de que o universo está em expansão teve implicações profundas para a cosmologia, mudando fundamentalmente nossa visão sobre a origem e o destino do cosmos.

• Fim do universo estático: Antes de Hubble, a teoria predominante, incluindo a de Einstein, era a de um universo estático. A expansão observada por Hubble refutou essa ideia.
• Base para o Big Bang: A expansão do universo, quando extrapolada para o passado, sugere que toda a matéria e energia estavam concentradas em um ponto extremamente denso e quente. Isso deu origem à teoria do Big Bang, que descreve o início do universo.
• Idade do universo: A constante de Hubble permite estimar a idade do universo, calculando o tempo que levaria para as galáxias atingirem suas posições atuais a partir de um ponto comum.
• Destino do universo: A taxa de expansão, juntamente com a densidade de matéria e energia no universo, ajuda os cientistas a especular sobre o destino final do universo (se ele continuará a expandir para sempre, irá desacelerar e colapsar, ou atingirá um equilíbrio).

Exercícios com Gabarito

1. (ENEM-2018 – Adaptado)

Edwin Hubble, ao observar galáxias distantes, notou que a luz proveniente delas apresentava um desvio para o vermelho (redshift) e que esse desvio era maior para galáxias mais distantes. Essa observação foi fundamental para a cosmologia moderna.

Qual das alternativas abaixo melhor descreve a principal conclusão de Hubble a partir dessas observações?

• a) O universo está encolhendo, e as galáxias estão se aproximando umas das outras.
• b) A Via Láctea é a única galáxia existente no universo, e as outras são ilusões ópticas.
• c) O universo está em expansão, e as galáxias estão se afastando umas das outras.
• d) Todas as galáxias estão estáticas, e o desvio para o vermelho é um fenômeno local.
• e) As galáxias mais próximas da Terra se movem mais rápido que as mais distantes.

Resposta: Alternativa c: O desvio para o vermelho (redshift) indica que as fontes de luz estão se afastando, e a relação direta com a distância levou Hubble a concluir que o universo está em expansão, com as galáxias se afastando umas das outras.

2. (VUNESP-2022)

A Lei de Hubble, expressa pela fórmula v = H₀ · d, relaciona a velocidade de recessão (v) de uma galáxia com sua distância (d) da Terra, onde H₀ é a constante de Hubble. Se uma galáxia está a uma distância de 100 Megaparsecs (Mpc) e a constante de Hubble é aproximadamente 70 km/s/Mpc, qual seria a velocidade de afastamento esperada para essa galáxia?

• a) 7 km/s
• b) 70 km/s
• c) 700 km/s
• d) 7.000 km/s
• e) 70.000 km/s

Resposta: Alternativa d: Utilizando a Lei de Hubble: v = H₀ · d. Substituindo os valores, v = 70 km/s/Mpc · 100 Mpc = 7.000 km/s.