Información general y notas
Información general
La Unión Astronómica Internacional votó en 2018 renombrar la Ley de Hubble como Ley de Hubble-Lemaître para reconocer la contribución del astrónomo belga Georges Lemaître, que publicó un artículo sobre la expansión del Universo dos años antes de que Hubble publicara su trabajo. El artículo de Lemaître se publicó en una revista de circulación limitada, por lo que no fue muy leído hasta que se tradujo al inglés varios años después de la publicación de Hubble.
La Ley de Hubble-Lemaître no introdujo la idea de que el Universo se estaba expandiendo. La idea de la expansión precedió a su trabajo, y fue apoyada tanto por la teoría como por las observaciones (de Einstein y Slipher). Toda la progresión del trabajo de los científicos mencionados en la introducción de esta investigación constituye un ejemplo excepcional de la ciencia como proceso colaborativo y progresivo. La Ley de Hubble-Lemaître proporcionó pruebas de la expansión del Universo y lanzó la siguiente serie de deducciones: el Universo tuvo un principio, la edad del Universo podía estimarse a partir de la pendiente del diagrama de Hubble (la Constante de Hubble), la velocidad de expansión ha cambiado con el tiempo y la expansión se está acelerando.
En distintos momentos de la historia del Universo, diferentes factores dominaron la velocidad de expansión. Los fotones impulsaron la velocidad de expansión antes de que la materia del Universo se encargara de hacerlo. En la actualidad, domina la energía oscura, razón por la cual la expansión del Universo se está acelerando en lugar de expandirse a una velocidad más lenta. Esta expansión acelerada puede utilizarse para introducir una discusión sobre la energía oscura tras esta investigación. Así que el valor de la "Constante" de Hubble (la pendiente del diagrama de Hubble), no es constante sino que ha ido aumentando con el tiempo.
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Notas para los profesores
- Nuestras investigaciones están diseñadas para que los estudiantes no puedan pasar a la siguiente página sin responder a todas las preguntas. Si quiere ver rápidamente toda la investigación, puede utilizar el "modo educador" en la página de inicio. Introduzca la contraseña de acceso: 3ducatorMod3 para activarlo.
- Los datos de esta investigación difieren de los de un típico diagrama de Hubble. Los datos de velocidad suelen obtenerse a partir del desplazamiento al rojo espectroscópico de las galaxias. El Observatorio Rubin utiliza una técnica diferente que produce un desplazamiento al rojo fotométrico. La ventaja de utilizar esta técnica diferente es que puede aplicarse a muchas más galaxias y mucho más tenues. Las estrellas variables Cefeidas suelen utilizarse para medir distancias a las galaxias. Esta investigación sustituye un tipo diferente de candela estándar, las supernovas de tipo Ia, que son más precisas que las variables Cefeidas.
- El diagrama original de Hubble, mostrado en la pág. 1 de la investigación, muestra tres puntos que tienen una velocidad menor que cero (una velocidad negativa). Las velocidades negativas pueden ocurrir cuando galaxias cercanas del Grupo Local se acercan a nuestra galaxia. Las observaciones de Hubble incluyeron muchas galaxias cercanas, lo que explica la gran dispersión del diagrama. Hubble determinó la mayoría de las distancias a las galaxias para este primer diagrama utilizando las estrellas más brillantes de las galaxias o la luminosidad de las propias galaxias. Aunque Hubble había utilizado previamente una estrella variable Cefeida para estimar la distancia a la Galaxia de Andrómeda, no fue hasta más tarde cuando él y otros astrónomos empezaron a utilizar las Cefeidas para medir distancias a otras galaxias.
- Las galaxias lejanas con supernovas aparecerán sólo como manchas o puntos tenues, y a menudo la supernova eclipsará a la propia galaxia. La galaxia y la supernova pueden distinguirse porque la galaxia no parece cambiar de brillo. Los estudiantes pueden pensar que la propia galaxia está explotando o que la supernova se encuentra fuera de la galaxia. Es extremadamente raro que una estrella esté sola en el espacio y no esté asociada a una galaxia. Se puede suponer que la supernova pertenece a la galaxia.
- La calidad de la imagen de la galaxia no está relacionada con la distancia de la galaxia. La baja calidad de imagen de los datos de galaxias utilizados en esta investigación se debe a que las imágenes se hicieron a partir de exposiciones cortas, lo que es suficiente para la detección de supernovas. Las imágenes de galaxias bien enfocadas se producen combinando muchas exposiciones de la misma imagen para reducir el ruido de la imagen y acumular más luz.
- Esta investigación aborda la edad del Universo de forma conceptual en lugar de utilizar el modelo completo necesario para calcular realmente la edad del Universo. El cálculo de una edad numérica implica variables adicionales más allá de la Constante de Hubble. Consulte este ejemplo de calculadora cosmológica para obtener más información.
- Los estudiantes tendrán dificultades para deducir que el Universo se está expandiendo a partir de la información del diagrama de Hubble. Para ayudarles a entenderlo, pídales que identifiquen la dirección del movimiento de las galaxias en el diagrama de Hubble (todas las galaxias se están alejando), luego pídales que comparen la velocidad de las galaxias que están lejos con las que están mucho más cerca, y pregúnteles si las galaxias cercanas alcanzarán alguna vez a las galaxias lejanas. A continuación, pregúnteles si estas observaciones describen si las galaxias se están acercando o alejando unas de otras y si eso significa que el Universo se está agrandando (expandiendo) o encogiendo.
- A los estudiantes les costará entender cómo se utiliza la pendiente del diagrama de Hubble para determinar la velocidad de expansión del Universo. Una forma de ayudar a los estudiantes a entender esto es mostrarles dos diagramas de Hubble con líneas de diferentes pendientes y preguntarles: "¿En qué diagrama las velocidades de recesión de las galaxias aumentan más rápidamente con la distancia?". Continúe con "¿En qué caso el Universo se expande más rápido: en un diagrama de Hubble con una pendiente pronunciada o en uno con una pendiente menos pronunciada?". Esta secuencia de preguntas prepara a los estudiantes para que luego se les muestre un diagrama de Hubble que tenga una curva, lo que indica un cambio de pendiente (y una expansión acelerada). A continuación, se puede preguntar a los estudiantes: "¿En qué parte del diagrama la pendiente es más pronunciada y más plana?" y "¿La velocidad de expansión es mayor en la pendiente más pronunciada o en la más plana?".
- Los estudiantes pueden tener dificultades para razonar cómo la pendiente del diagrama de Hubble y la velocidad de expansión están relacionadas con la edad del Universo. Muestre gráficos con diferentes pendientes y pregunte: "¿En qué gráfico la velocidad de expansión del Universo es más rápida? ¿Crees que un Universo que se expande rápidamente llegará a su tamaño actual en menos o más tiempo que un Universo que se expande de forma lenta? Entonces, ¿un Universo que se expande rápidamente dará lugar a un Universo con una edad más joven o más vieja?".
- Es posible que los estudiantes sepan que el diagrama de Hubble puede utilizarse para estimar la edad del Universo, pero que no entiendan cómo se determina. Recuerde a los estudiantes que la Constante de Hubble (unidades de km/s/Mpc) representa la pendiente del gráfico. Es la inversa de este número la que se utiliza para determinar la edad del Universo.