A história da astronomia é uma história de horizontes que se afastam.
Edwin Powell Hubble foi um astrônomo americano. Ele desempenhou um papel crucial no estabelecimento dos campos da astronomia extragaláctica e da cosmologia observacional.
Hubble provou que muitos objetos previamente considerados nuvens de poeira e gás e classificados como "nebulosas" eram na verdade galáxias além da Via Láctea. Ele usou a forte relação direta entre a luminosidade de uma variável Cefeida clássica e seu período de pulsação descoberta em 1908 por Henrietta Swan Leavitt para escalar distâncias galáticas e extragaláticas.
Hubble forneceu evidências de que a velocidade de recessão de uma galáxia aumenta com sua distância da Terra, uma propriedade agora conhecida como "lei de Hubble", apesar do fato de ter sido tanto proposta quanto demonstrada observacionalmente dois anos antes por Georges Lemaître. A lei de Hubble–Lemaître implica que o universo está em expansão. Uma década antes, o astrônomo americano Vesto Slipher havia fornecido as primeiras evidências de que a luz de muitas dessas nebulosas era fortemente deslocada para o vermelho, indicativo de altas velocidades de recessão.
O nome de Hubble é mais amplamente reconhecido pelo Telescópio Espacial Hubble, que foi nomeado em sua honra, com um modelo em destaque em sua cidade natal de Marshfield, Missouri.
Primeiros anos e educação
Edwin Hubble nasceu de Virginia Lee Hubble, de solteira James, 1864–1934, e John Powell Hubble, um executivo de seguros, em Marshfield, Missouri, e se mudou para Wheaton, Illinois, em 1900. Nos seus primeiros anos, ele era mais notado por sua destreza atlética do que por suas habilidades intelectuais, embora tivesse obtido boas notas em todas as matérias, exceto ortografia. Edwin era um atleta talentoso, jogando beisebol, futebol americano e correndo na pista em ambas as escolas secundária e faculdade. Ele jogou várias posições na quadra de basquete, de pivô a ala-armador. De fato, Hubble até liderou o time de basquete da Universidade de Chicago ao seu primeiro título de conferência em 1907. Ele venceu sete primeiros lugares e um terceiro lugar em uma única competição de atletismo do ensino médio em 1906.
Estudos de graduação
Os estudos de Hubble na Universidade de Chicago se concentraram em direito, o que resultou em um diploma de bacharelado em ciências em 1910. Hubble também se tornou membro da Fraternidade Kappa Sigma. Ele passou três anos em The Queen's College, Oxford depois de ganhar seu bacharelado como um dos primeiros Bolsistas de Rhodes da universidade, estudando inicialmente jurisprudência em vez de ciência como promessa para seu pai moribundo, e mais tarde adicionou literatura e espanhol, eventualmente obtendo seu mestrado.
Em 1909, o pai de Hubble mudou sua família de Chicago para Shelbyville, Kentucky, para que a família pudesse viver em uma pequena cidade, finalmente se estabelecendo em Louisville, próximo. Seu pai morreu no inverno de 1913, enquanto Edwin ainda estava na Inglaterra. No verão seguinte, Edwin retornou para casa para cuidar de sua mãe, duas irmãs e irmão mais jovem, junto com seu irmão William. A família se mudou mais uma vez para Everett Avenue, no bairro Highlands de Louisville, para acomodar Edwin e William.
Hubble também era um filho dedicado, que apesar de seu intenso interesse na astronomia desde a infância, aceitou o pedido de seu pai para estudar direito, primeiro na Universidade de Chicago e depois em Oxford. Nesse período, também fez alguns cursos de matemática e ciências. Após a morte de seu pai em 1913, Edwin retornou ao Midwest de Oxford, mas não tinha motivação para exercer a profissão de advogado. Em vez disso, ele passou a ensinar espanhol, física e matemática na New Albany High School em New Albany, Indiana, onde também treinava o time de basquete dos meninos. Após um ano de ensino no ensino médio, ele entrou na pós-graduação com a ajuda de seu antigo professor da Universidade de Chicago para estudar astronomia no Observatório Yerkes da universidade, onde recebeu seu Ph.D. em 1917. Sua dissertação foi intitulada "Investigações Fotográficas de Nebulosas Fracas". Em Yerkes, ele teve acesso a um dos telescópios mais poderosos do mundo naquela época, que tinha um inovador refletor de 24 polegadas (61 cm).
Estudos de doutorado
Depois que os Estados Unidos declararam guerra à Alemanha em 1917, Hubble se apressou em completar sua dissertação de Ph.D. para que pudesse se juntar ao exército. Hubble se ofereceu como voluntário para o Exército dos Estados Unidos e foi designado para a recém-criada 86ª Divisão, onde serviu no 2º Batalhão, 343º Regimento de Infantaria. Ele alcançou o posto de Major e foi considerado apto para serviço no exterior em 9 de julho de 1918, mas a 86ª Divisão nunca viu combate. Após o fim da Primeira Guerra Mundial, Hubble passou um ano na Universidade de Cambridge, onde retomou seus estudos de astronomia.
Carreira
Em 1919, Hubble recebeu uma oferta de posição de pessoal no Observatório Mount Wilson da Instituição Carnegie para Ciência, perto de Pasadena, Califórnia, por George Ellery Hale, fundador e diretor do observatório. Hubble permaneceu no quadro do Mount Wilson até sua morte em 1953. Pouco antes de sua morte, Hubble se tornou o primeiro astrônomo a usar o recém-completado gigantesco refletor Telescópio Hale de 200 polegadas (5,1 m) no Observatório Palomar, perto de San Diego, Califórnia.
Hubble também trabalhou como civil para o Exército dos EUA no Aberdeen Proving Ground em Maryland durante a Segunda Guerra Mundial como Chefe do Ramo de Balística Externa do Laboratório de Pesquisa de Balística, durante o qual direcionou um grande volume de pesquisa em balística exterior que aumentou o poder de fogo efetivo de bombas e projéteis. Seu trabalho foi facilitado pelo seu desenvolvimento pessoal de vários itens de equipamento para a instrumentação usada em balística exterior, sendo o desenvolvimento mais notável a câmera de relógio de alta velocidade, que tornou possível o estudo das características de bombas e projéteis de baixa velocidade em voo. Os resultados de seus estudos foram creditados com a melhora significativa do design, desempenho e eficácia militar de bombas e foguetes. Por seu trabalho lá, ele recebeu o prêmio da Legião do Mérito.
Descobertas
O universo vai além da galáxia Via Láctea
A chegada de Edwin Hubble ao Observatório Mount Wilson, Califórnia em 1919 coincidiu aproximadamente com a conclusão do Telescópio Hooker de 100 polegadas (2,5 m), então o maior do mundo. Naquela época, a visão predominante do cosmos era que o universo consistia inteiramente da Galáxia Via Láctea. Usando o Telescópio Hooker no Mt. Wilson, Hubble identificou variáveis Cefeidas, um tipo de estrela que é usada como um meio para determinar a distância da galáxia – veja também vela padrão em várias nebulosas espirais, incluindo a Nebulosa de Andrômeda e Triangulum. Suas observações, feitas em 1924, provaram conclusivamente que essas nebulosas eram muito distantes para fazer parte da Via Láctea e eram, de fato, galáxias inteiras fora da nossa, suspeitadas por pesquisadores pelo menos tão cedo quanto 1755 quando a História Geral da Natureza e Teoria dos Céus de Immanuel Kant apareceu. Essa ideia tinha sido oposta por muitos no establishment da astronomia da época, em particular por Harlow Shapley, baseado na Universidade Harvard. Apesar da oposição, Hubble, então um cientista de trinta e cinco anos, teve seus achados publicados pela primeira vez no The New York Times em 23 de novembro de 1924, e depois os apresentou a outros astrônomos na reunião de 1º de janeiro de 1925 da American Astronomical Society. Os resultados de Hubble para Andrômeda não foram formalmente publicados em um periódico científico revisado por pares até 1929.
Os achados de Hubble mudaram fundamentalmente a visão científica do universo. Os apoiadores afirmam que a descoberta de Hubble de nebulosas fora da nossa galáxia ajudou a abrir caminho para futuros astrônomos. Embora alguns de seus colegas mais renomados simplesmente zombassem de seus resultados, Hubble acabou publicando seus achados sobre nebulosas. Este trabalho publicado lhe rendeu um prêmio intitulado American Association Prize e quinhentos dólares de Burton E. Livingston do Committee on Awards.
Hubble também desenvolveu o sistema mais comumente usado para classificar galáxias, agrupando-as de acordo com sua aparência em imagens fotográficas. Ele organizou os diferentes grupos de galáxias no que ficou conhecido como a sequência de Hubble.
Desvio para o vermelho aumenta com a distância
Hubble foi adiante e estimou as distâncias para 24 nebulosas extragaláticas, usando uma variedade de métodos. Em 1929, Hubble examinou a relação entre essas distâncias e suas velocidades radiais conforme determinado por seus desvios para o vermelho. Suas distâncias estimadas agora são conhecidas como todas muito pequenas, por um fator de cerca de 7. Isso foi devido a fatores como o fato de haver dois tipos de variáveis Cefeidas ou confundir nuvens de gás brilhantes com estrelas brilhantes. No entanto, suas distâncias eram mais ou menos proporcionais às distâncias verdadeiras, e combinando suas distâncias com medições dos desvios para o vermelho das galáxias por Vesto Slipher e por seu assistente Milton L. Humason, ele encontrou uma relação aproximadamente linear entre as distâncias das galáxias e suas velocidades radiais corrigidas para movimento solar, uma descoberta que mais tarde ficou conhecida como lei de Hubble.
Isso significava que quanto maior a distância entre quaisquer duas galáxias, maior sua velocidade relativa de separação. Se interpretado dessa forma, as medições de Hubble em 46 galáxias levaram a um valor para a constante de Hubble de 500 km/s/Mpc, que é muito maior do que os valores atualmente aceitos de 74 km/s/Mpc método da escada de distância cósmica ou 68 km/s/Mpc método CMB devido a erros em suas calibrações de distância.
No entanto, o motivo para o desvio para o vermelho permanecia pouco claro. Georges Lemaître, um padre católico belga e físico, previu em bases teóricas baseadas nas equações de Einstein para relatividade geral a relação desvio para o vermelho-distância, e publicou suporte observacional para ela, dois anos antes da descoberta da lei de Hubble. No entanto, muitos cosmólogos e astrônomos, incluindo o próprio Hubble, falharam em reconhecer o trabalho de Lemaître; Hubble permaneceu duvidoso sobre a interpretação de Lemaître por toda sua vida. Embora tenha usado o termo "velocidades" em seu artigo e "velocidades radiais aparentes" na introdução, mais tarde expressou dúvida sobre interpretar essas como velocidades reais. Em 1931, ele escreveu uma carta ao cosmólogo holandês Willem de Sitter expressando sua opinião sobre a interpretação teórica da relação desvio para o vermelho-distância:
O Sr. Humason e eu somos ambos profundamente sensíveis à sua apreciação graciosa dos artigos sobre velocidades e distâncias de nebulosas. Usamos o termo 'aparentes' velocidades para enfatizar as características empíricas da correlação. A interpretação, sentimos, deve ser deixada para você e os pouquíssimos outros que são competentes para discutir o assunto com autoridade.
Hoje, as "velocidades aparentes" em questão são geralmente pensadas como um aumento na distância própria que ocorre devido à expansão do universo. A luz viajando através de uma métrica em expansão experimentará um desvio para o vermelho do tipo Hubble, um mecanismo um tanto diferente do efeito Doppler, embora os dois mecanismos se tornem descrições equivalentes relacionadas por uma transformação de coordenadas para galáxias próximas.
Na década de 1930, Hubble estava envolvido em determinar a distribuição de galáxias e curvatura espacial. Esses dados pareciam indicar que o universo era plano e homogêneo, mas havia um desvio da planicidade em grandes desvios para o vermelho. De acordo com Allan Sandage,
Hubble acreditava que seus dados de contagem davam um resultado mais razoável sobre curvatura espacial se a correção de desvio para o vermelho fosse feita assumindo nenhuma recessão. Até o final de seus escritos, ele manteve essa posição, favorecendo (ou pelo menos mantendo aberta) o modelo em que nenhuma expansão verdadeira existe, e portanto que o desvio para o vermelho "representa um princípio previamente não reconhecido da natureza.
Havia problemas metodológicos com a técnica de levantamento de Hubble que mostrou um desvio da planicidade em grandes desvios para o vermelho. Em particular, a técnica não levava em conta mudanças na luminosidade de galáxias devido à evolução galáctica. Anteriormente, em 1917, Albert Einstein havia descoberto que sua teoria recém-desenvolvida da relatividade geral indicava que o universo deveria estar em expansão ou contração. Incapaz de acreditar no que suas próprias equações estavam lhe dizendo, Einstein introduziu uma constante cosmológica, um "fator de ajuste" nas equações para evitar esse "problema". Quando Einstein ficou sabendo dos desvios para o vermelho de Hubble, ele imediatamente percebeu que a expansão prevista pela relatividade geral deveria ser real, e mais tarde na vida, ele disse que mudar suas equações foi "o maior erro da minha vida." De fato, aparentemente Einstein certa vez visitou Hubble e tentou convencê-lo de que o universo estava em expansão.
Hubble também descobriu o asteroide 1373 Cincinnati em 30 de agosto de 1935. Em 1936, ele escreveu The Observational Approach to Cosmology e The Realm of the Nebulae, que explicaram suas abordagens à astronomia extragaláctica e sua visão do histórico do assunto.
Em dezembro de 1941, Hubble relatou à American Association for the Advancement of Science que resultados de um levantamento de seis anos com o telescópio Mt. Wilson
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