La historia de la astronomía es una historia de horizontes que se retroceden.
Edwin Powell Hubble fue un astrónomo estadounidense. Desempeñó un papel crucial en el establecimiento de los campos de la astronomía extragaláctica y la cosmología observacional.
Hubble demostró que muchos objetos que antes se pensaba que eran nubes de polvo y gas y clasificados como "nebulosas" eran en realidad galaxias más allá de la Vía Láctea. Utilizó la relación directa fuerte entre la luminosidad de una variable Cefeida clásica y su período de pulsación descubierta en 1908 por Henrietta Swan Leavitt para escalar distancias galácticas y extragalácticas.
Hubble proporcionó evidencia de que la velocidad de recesión de una galaxia aumenta con su distancia de la Tierra, una propiedad ahora conocida como "ley de Hubble", a pesar del hecho de que había sido tanto propuesta como demostrada observacionalmente dos años antes por Georges Lemaître. La ley de Hubble–Lemaître implica que el universo se está expandiendo. Una década antes, el astrónomo estadounidense Vesto Slipher había proporcionado la primera evidencia de que la luz de muchas de estas nebulosas se desplazaba fuertemente hacia el rojo, indicativo de altas velocidades de recesión.
El nombre de Hubble es más ampliamente reconocido por el Telescopio Espacial Hubble, que fue nombrado en su honor, con un modelo prominentemente exhibido en su ciudad natal de Marshfield, Missouri.
Primeros años y educación
Edwin Hubble nació de Virginia Lee Hubble de soltera James 1864–1934 y John Powell Hubble, ejecutivo de seguros, en Marshfield, Missouri, y se mudó a Wheaton, Illinois, en 1900. En sus años más jóvenes, fue más notable por su aptitud atlética que por sus habilidades intelectuales, aunque obtuvo buenas calificaciones en todas las materias excepto ortografía. Edwin era un atleta dotado, jugando béisbol, fútbol americano y corriendo pista en la escuela secundaria y la universidad. Jugó una variedad de posiciones en la cancha de baloncesto desde el poste hasta el escolta. De hecho, Hubble incluso llevó al equipo de baloncesto de la Universidad de Chicago a su primer título de conferencia en 1907. Ganó siete primeros lugares y un tercer lugar en una sola competencia de atletismo de pista y campo en la escuela secundaria en 1906.
Estudios de pregrado
Los estudios de Hubble en la Universidad de Chicago se concentraron en derecho, lo que resultó en un título de licenciado en ciencias en 1910. Hubble también se convirtió en miembro de la Fraternidad Kappa Sigma. Pasó tres años en The Queen's College, Oxford después de obtener su licenciatura como uno de los primeros Rhodes Scholars de la universidad, inicialmente estudiando jurisprudencia en lugar de ciencias como una promesa a su padre moribundo, y luego agregó literatura y español, finalmente obteniendo su título de maestría.
En 1909, el padre de Hubble trasladó a su familia de Chicago a Shelbyville, Kentucky, para que la familia pudiera vivir en un pueblo pequeño, finalmente estableciéndose en las cercanías de Louisville. Su padre murió en el invierno de 1913, mientras que Edwin aún estaba en Inglaterra. En el verano siguiente, Edwin regresó a casa para cuidar a su madre, dos hermanas y hermano menor, junto con su hermano William. La familia se mudó una vez más a Everett Avenue, en el barrio de Highlands de Louisville, para acomodar a Edwin y William.
Hubble también fue un hijo obediente, quien a pesar de su intenso interés en la astronomía desde la infancia, cedió a la solicitud de su padre de estudiar derecho, primero en la Universidad de Chicago y luego en Oxford. En este tiempo, también tomó algunos cursos de matemáticas y ciencias. Después de la muerte de su padre en 1913, Edwin regresó al Medio Oeste desde Oxford pero no tuvo la motivación de ejercer derecho. En su lugar, procedió a enseñar español, física y matemáticas en New Albany High School en New Albany, Indiana, donde también entrenó al equipo de baloncesto de los niños. Después de un año de enseñanza en la escuela secundaria, entró en la escuela de posgrado con la ayuda de su antiguo profesor de la Universidad de Chicago para estudiar astronomía en el Observatorio Yerkes de la universidad, donde recibió su Ph.D. en 1917. Su disertación se titulaba "Investigaciones Fotográficas de Nebulosas Débiles". En Yerkes, tenía acceso a uno de los telescopios más poderosos del mundo en ese momento, que tenía un reflector innovador de 24 pulgadas 61 cm.
Estudios doctorales
Después de que Estados Unidos declarara la guerra a Alemania en 1917, Hubble se apresuró a completar su disertación de Ph.D. para poder unirse al ejército. Hubble se ofreció como voluntario para el Ejército de Estados Unidos y fue asignado a la recién creada 86ª División, donde sirvió en el 2º Batallón, Regimiento de Infantería 343. Ascendió al rango de Mayor, y fue considerado apto para el servicio en el extranjero el 9 de julio de 1918, pero la 86ª División nunca vio combate. Después del final de la Primera Guerra Mundial, Hubble pasó un año en la Universidad de Cambridge, donde renovó sus estudios de astronomía.
Carrera
En 1919, Hubble fue ofrecido un puesto de personal en el Observatorio Mount Wilson de la Institución Carnegie para la Ciencia, cerca de Pasadena, California, por George Ellery Hale, el fundador y director del observatorio. Hubble permaneció en el personal de Mount Wilson hasta su muerte en 1953. Poco antes de su muerte, Hubble se convirtió en el primer astrónomo en usar el reflector Hale Telescope recién completado de 200 pulgadas 5.1 m en el Observatorio Palomar cerca de San Diego, California.
Hubble también trabajó como civil para el Ejército de EE.UU. en Aberdeen Proving Ground en Maryland durante la Segunda Guerra Mundial como Jefe de la Rama de Balística Externa del Laboratorio de Investigación de Balística durante la cual dirigió un gran volumen de investigación en balística externa que aumentó el poder de fuego efectivo de bombas y proyectiles. Su trabajo fue facilitado por su desarrollo personal de varios artículos de equipo para la instrumentación utilizada en balística exterior, siendo el desarrollo más destacado la cámara de reloj de alta velocidad, que hizo posible el estudio de las características de bombas y proyectiles de baja velocidad en vuelo. Los resultados de sus estudios fueron acreditados con la mejora significativa del diseño, desempeño y efectividad militar de bombas y cohetes. Por su trabajo allí, recibió el premio de la Legión del Mérito.
Descubrimientos
El universo va más allá de la galaxia de la Vía Láctea
La llegada de Edwin Hubble al Observatorio Mount Wilson, California en 1919 coincidió aproximadamente con la finalización del Telescopio Hooker de 100 pulgadas 2.5 m, entonces el más grande del mundo. En ese momento, la opinión prevaleciente del cosmos era que el universo consistía enteramente en la Galaxia Vía Láctea. Usando el Telescopio Hooker en Mt. Wilson, Hubble identificó variables Cefeidas un tipo de estrella que se utiliza como medio para determinar la distancia desde la galaxia – ver también vela estándar en varias nebulosas espirales, incluyendo la Nebulosa de Andrómeda y Triangulum. Sus observaciones, realizadas en 1924, probaron concluyentemente que estas nebulosas estaban demasiado lejos para ser parte de la Vía Láctea y eran, de hecho, galaxias enteras fuera de la nuestra, sospechado por investigadores al menos desde 1755 cuando apareció la Historia General de la Naturaleza y Teoría de los Cielos de Immanuel Kant. Esta idea había sido opuesta por muchos en el establecimiento astronómico de la época, en particular por Harlow Shapley con base en Harvard University. A pesar de la oposición, Hubble, entonces un científico de treinta y cinco años, tuvo sus hallazgos publicados por primera vez en The New York Times el 23 de noviembre de 1924, luego los presentó a otros astrónomos en la reunión del 1 de enero de 1925 de la American Astronomical Society. Los resultados de Hubble para Andrómeda no fueron publicados formalmente en una revista científica revisada por pares hasta 1929.
Los hallazgos de Hubble cambiaron fundamentalmente la visión científica del universo. Los partidarios afirman que el descubrimiento de Hubble de nebulosas fuera de nuestra galaxia ayudó a allanar el camino para futuro astrónomos. Aunque algunos de sus colegas más renombrados simplemente se burlaron de sus resultados, Hubble terminó publicando sus hallazgos sobre nebulosas. Este trabajo publicado le valió un premio titulado American Association Prize y quinientos dólares de Burton E. Livingston del Committee on Awards.
Hubble también ideó el sistema más comúnmente utilizado para clasificar galaxias, agrupándolas según su apariencia en imágenes fotográficas. Organizó los diferentes grupos de galaxias en lo que se conoció como la secuencia de Hubble.
El desplazamiento al rojo aumenta con la distancia
Hubble continuó estimando las distancias a 24 nebulosas extragalácticas, utilizando una variedad de métodos. En 1929 Hubble examinó la relación entre estas distancias y sus velocidades radiales determinadas a partir de sus desplazamientos al rojo. Sus distancias estimadas ahora se sabe que son todas demasiado pequeñas, hasta un factor de aproximadamente 7. Esto se debió a factores como el hecho de que hay dos tipos de variables Cefeidas o confundir nubes de gas brillantes con estrellas brillantes. Sin embargo, sus distancias eran más o menos proporcionales a las distancias verdaderas, y combinando sus distancias con mediciones de los desplazamientos al rojo de las galaxias por Vesto Slipher, y por su asistente Milton L. Humason, encontró una relación aproximadamente lineal entre las distancias de las galaxias y sus velocidades radiales corregidas por el movimiento solar, un descubrimiento que luego se conoció como la ley de Hubble.
Esto significaba que cuanto mayor es la distancia entre dos galaxias cualesquiera, mayor es su velocidad relativa de separación. Si se interpreta de esa manera, las mediciones de Hubble en 46 galaxias conducen a un valor para la constante de Hubble de 500 km/s/Mpc, que es mucho más alto que los valores actualmente aceptados de 74 km/s/Mpc método de la escalera de distancias cósmicas o 68 km/s/Mpc método CMB debido a errores en sus calibraciones de distancia.
Sin embargo, la razón del desplazamiento al rojo seguía siendo poco clara. Georges Lemaître, un sacerdote católico belga y físico, predijo sobre bases teóricas basadas en las ecuaciones de Einstein para relatividad general la relación desplazamiento al rojo-distancia, y publicó apoyo observacional para ella, dos años antes del descubrimiento de la ley de Hubble. Sin embargo, muchos cosmólogos y astrónomos incluyendo el mismo Hubble no reconocieron el trabajo de Lemaître; Hubble permaneció escéptico sobre la interpretación de Lemaître durante toda su vida. Aunque utilizó el término "velocidades" en su artículo y "velocidades radiales aparentes" en la introducción, luego expresó dudas sobre interpretar estas como velocidades reales. En 1931 escribió una carta al cosmólogo holandés Willem de Sitter expresando su opinión sobre la interpretación teórica de la relación desplazamiento al rojo-distancia:
El Sr. Humason y yo somos profundamente conscientes de su apreciación graciosa de los artículos sobre velocidades y distancias de nebulosas. Utilizamos el término "velocidades" aparentes para enfatizar las características empíricas de la correlación. La interpretación, creemos, debe dejarse a usted y los muy pocos otros que son competentes para discutir el asunto con autoridad.
Hoy en día, las "velocidades aparentes" en cuestión generalmente se consideran como un aumento en la distancia propia que ocurre debido a la expansión del universo. La luz que viaja a través de una métrica en expansión experimentará un desplazamiento al rojo tipo Hubble, un mecanismo algo diferente del efecto Doppler aunque los dos mecanismos se vuelven descripciones equivalentes relacionadas por una transformación de coordenadas para galaxias cercanas.
En los años 30, Hubble estuvo involucrado en la determinación de la distribución de galaxias y la curvatura espacial. Estos datos parecían indicar que el universo era plano y homogéneo, pero hubo una desviación de la planicidad en corrimientos al rojo grandes. Según Allan Sandage,
Hubble creía que sus datos de conteo daban un resultado más razonable respecto a la curvatura espacial si se realizaba la corrección de corrimiento al rojo asumiendo sin recesión. Hasta el final de sus escritos, mantuvo esta posición, favoreciendo (o al menos dejando abierto) el modelo donde no existe verdadera expansión, y por lo tanto que el corrimiento al rojo "representa un principio de la naturaleza hasta ahora no reconocido".
Hubo problemas metodológicos con la técnica de encuesta de Hubble que mostraron una desviación de la planicidad en corrimientos al rojo grandes. En particular, la técnica no tuvo en cuenta los cambios en la luminosidad de las galaxias debido a la evolución galáctica. Anteriormente, en 1917, Albert Einstein había encontrado que su teoría recién desarrollada de relatividad general indicaba que el universo debía estar expandiéndose o contrayéndose. Incapaz de creer lo que sus propias ecuaciones le decían, Einstein introdujo una constante cosmológica un "factor de corrección" en las ecuaciones para evitar este "problema". Cuando Einstein se enteró de los desplazamientos al rojo de Hubble, inmediatamente se dio cuenta de que la expansión predicha por la relatividad general debía ser real, y en la vida posterior, dijo que cambiar sus ecuaciones fue "el mayor error de mi vida". De hecho, aparentemente Einstein una vez visitó a Hubble e intentó convencerlo de que el universo se estaba expandiendo.
Hubble también descubrió el asteroide 1373 Cincinnati el 30 de agosto de 1935. En 1936 escribió The Observational Approach to Cosmology y The Realm of the Nebulae que explicaban sus enfoques a la astronomía extragaláctica y su visión de la historia de la materia. En diciembre de 1941, Hubble informó a la American Association for the Advancement of Science que los resultados de una encuesta de seis años con el telescopio Mt. Wilson
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