Astronomia: Uma Visão Geral II - Aula 5 - O Universo em Expansão: A Lei de Hubble

[Música] então Nesta aula nós vamos estudar a expansão do universo que é um conceito que foi derivado da lei de rabo né lei de Hubble e expansão de Universo são quase sinônimos e nós vamos ver principalmente o aspecto histórico e o quanto que isso foi eh uma questão emblemática do século XXX porque quando a gente fala assim ah o universo está em expansão para vocês já é quase uma coisa óbvia né Eh quase uma coisa óbvia poucas pessoas fazem ideia do quanto que isso custou para os astrônomos de quanta pesquisa tem por trás disso De

quanto debate que isso gerou né e acompanhar um pouco a essa história é É uma história muito elucidativa e muito interessante para a gente compreender a própria o próprio conceito e de como é que isso foi derivado e de quanto que isso custou né Nós vamos começar Lembrando que uma das das teorias mais importantes do século XX foi a teoria da relatividade geral do Albert Einstein que é a moderna teoria da gravitação e para nós estudarmos o universo como um todo a teoria Correta que nós acreditamos ser a teoria correta hoje em dia é a

teoria da relatividade geral essa teoria teve a sua formulação final lançada pelo Einstein em novembro de 1915 agora vocês vejam que em 1915 o que que nós o que que as pessoas entendiam que era o universo o universo em 1915 era um conjunto de estrelas e de Nebulosas destruídos no espaço Mas nem mesmo se tinha uma noção da dimensão da Via Láctea a dimensão da Via Láctea e a localização do Sol com relação ao centro da Via Láctea só Foi estabelecido 2 anos depois em 1917 quando Haro shapley mostrou que as os aglomerados globulares eh

tem um centro a aproximadamente tem uma distribuição cujo centro é aproximadamente eh 10 kg parse né de nós 25 30 ah eh 1000 anos luz de nós e por algum tempo imaginou-se que todo o universo fosse contido na Via Láctea então 1915 não se tinha ainda uma ideia da dimensão do universo e muito menos que existiam outras galáxias quando einen fez a teoria da relatividade geral ele pensou que além da gravidade deveria vir haver uma força de repulsão por quê Porque senão as estrelas e as Nebulosas estariam colapsando né Eh não as galáxias porque ele

não sabia naquela época que as galáxias eram entidades distintas da Via Láctea certo é importante notar isso as estrelas não estavam colapsando portanto deveria haver alguma força de repulsão e estabeleceu nas equações de Campo uma constante cosmológica uma constante que que só atuaria a grandes distâncias e que impediria que as estrelas e as Nebulosas colaps assem tá certo Então veja que que estamos falando eh de uma teoria extremamente importante que é a teoria moderna da gravitação estabelecidos em 1915 e vejam que o que aconteceu logo nos anos seguintes em 1917 har shapley mostrou o centro

do universo conhecido na época que era a via lcta estava a 10 kg Sec de distância de nós né logo depois em 1924 o Hubble então descobriu que Andrômeda é uma galáxia separada da nossa como como é que ele descobriu isso ele achou uma uma cefeida em Andrômeda mediu o período da C feida mediu o brilho e usando a lei da luminosidade período das se feitas ele mostrou que a Andrômeda estava muito mais distante do que a dimensão da Via lcta portanto era uma outra galáxia a partir daí hubo passou a medir distância de outr

Nebulosas e em 1929 Ele publicou né submetido em janeiro 17 de Janeiro de 1929 publicou a um artigo eh intitulado a relação entre a distância e a velocidade Radial de Nebulosas extr galácticas nesse estudo ele ah mostrou um gráfico de 24 galáxias que ele já tinha conseguido medir e mostrou que a velocidade Radial 0 km 500 km/s 1000 km/s era proporcional à distância 0 parques 1 milhão de parse 2 milhões de parques dois portanto dois MEC eram as distâncias maiores que ele tinha conseguido determinar entre as 24 galáxias que ele usou para fazer esse gráfico

né então esse gráfico ficou sendo muito famoso porque foi quando se convenceram vamos dizer os astrônomos se convenceram de que as galáxias estão se afastando de nós né Há uma velocidade proporcional a à sua distância das galáxias próximas se afastam de nós com velocidade pequena algumas até se aproximam de nós porque em grupos de galáxias em glad de galáxias as as galáxias têm um movimento eh devido à atração gravitacional entre elas né mas H uma distância média todas elas se afastam de nós a uma velocidade média e é uma distância grande grande para Essa época

as galáxias se afastam a uma velocidade grande né uma vista melhor mais nítida do mesmo gráfico do diagrama de rble está aqui né mostrando Então as as 24 eh galáxias que ele usou nesta época portanto a lei de rabo como ficou sendo conhecido e é uma das leis mais importantes da história da astronomia foi essa lei que demonstrou que o universo está em expansão e com todas as consequências advindas dessa ideia né como nós vamos ver mais tarde a própria origem do universo né a origem do universo a partir da lei de rubo passou a

ter uma versão científica O que é muito importante então o que diz a lei Hubble a lei de Hubble diz que a velocidade é proporcional à distância e a constante de proporcionalidade h hoje nós costumamos chamar essa constante de h0 A constante de rmulo tá a velocidade é medida com uma facilidade a partir do deslocamento das raias atômicas esse deslocamento como em geral o deslocamento das galáxias é para o vermelho ele é chamado em inglês de red shift deslocamento para o vermelho né e mesmo em português nós usamos esse termo é um anglicismo mas e

todo mundo usa na comunidade cífica esse termo de red Shift para indicar a velocidade com que as galáxias se afastam de nós e essa e velocidade é obtida da relação Delta L sobre LAMB Isto é o quanto que a uma Raia está se deslocando com relação ao comprimento de onda de repouso né isto então é proporcional pelo efeito dople né a velocidade dividido por o c velocidade da luz que nós chamamos de z e que é a medida do Head shift então z é o head shift de uma galáxia que se mede como sendo Delta

Lda sobre lambda ou a velocidade div velocidade da luz e h0 a constante de Hubble medida pelo próprio Hubble em 1929 é de aproximadamente 500 km/s por megaparsec aproximadamente né 465 km/s por megaparsec esse é o valor da constante de rabo medido neste primeiro artigo dele tá eh algumas pessoas lembram que houve dois outros pesquisadores que fizeram referência a esse valor da expansão que foram dois teóricos né um foi o lemetre e outro foi o Rob Robertson né que eram teóricos e estudavam a ideia de um universo em expansão e usaram algumas das medidas do

Hubble eh para [Música] eh estudar essa teoria deles e chegaram a calcular a a constante eh de Hub Tá certo eh mas evidentemente usando as medidas do h não foram eles que tiver eram dois teóricos brilhantes mas o todo o trabalho observacional da determinação de distância de galáxias nesse até esse momento tinha sido feito pelo pelo próprio Hubble bom sabendo se a constante de Hubble é possível estimar Qual é o tempo que o universo está se expandindo Qual é essa escala de de tempo por que que isso é possível porque a constante de rabo tem

dimensões de quilômetro por segundo por megaparsec quilômetro e megaparsec são unidades eh São unidades de distância e Dividindo uma pela outra Ela desaparece e nós ficamos apenas com um sobre tempo então a constante de RBO tem uma dimensão de um sobre o tempo ou O que quer dizer o mesmo que a escala de tempo é 1 sobre a constante de R portanto a escala de tempo que o universo está se expandindo é 1 so0 e isso passou então ser associado com a idade do universo esse o tempo que universo é um sobre o inverso da

constante de Se vocês fizerem essa conta agora arem a constante de rabo inverterem ela vocês vão encontrar que com este valor constante de rabo a idade do universo seria de 2 Bilhões de anos Isso é muito interessante porque você passa a ter um método científico para estimar a idade do universo 2 bilhões de anos mas eh já nesta época por volta de 1930 os geólogos haviam medido a idade do planeta terra e a estimativa que eles tinham feito bastante segura dizia que a idade do planeta Terra era de TRS a qu bilhões de anos portanto

veja que bela controvérsia a Terra é mais velha do que o universo certo foi essa a conclusão obviamente uma contradição isso não seria possível isso gerou uma grande controvérsia né alguma coisa estava fundamentalmente errada né a terra ter o dobro da idade do universo aproximadamente não era a consistente existia um argumento de natureza estatística que também sugeria que havia alguma coisa errada porque usando esta constante de Hubble você poderia medir então o diâmetro de todas as galáxias Você sabe a distância Você mede o diâmetro das galáxias e a conclusão é que a Via Láctea era

maior de todas as galáxias O que é uma coisa um pouco estranho né a Justamente a galáxia na qual nós moramos é é a maior de todas as galáxias Será que isso não tá errado né E esse argumento foi então usado pelo astrônomo Holandês hort que é o mesmo da nuvem de ort né Eh que onde se originam os cometas né ele achou que tinha algo errado e sugeriu que a constante de rabo na verdade deveria ser menor do que a constante que o próprio rabo determinou né mas essa controvérsia ela perdurou até 1952 neste

ano de 1952 houve eh um trabalho que começou a resolver este problema e esse trabalho foi feito pelo Bad né Walter Bad era um um astrônomo alemão Ele se formou no observatório de Hamburgo depois foi em Mount Wilson e durante a segunda guerra mundial a maioria dos cientistas de todas as áreas comeou a se engajar no esforço de guerra dos Estados Unidos mas o Walter Bad por ser alemão não podia se engajar nesse esforço e passou a ter o privilégio de ser o único astrônomo a observar no telescópio de Mount Wilson né E por sorte

eh em 1943 houve um período de grande estabilidade atmosférica associado ao blackout de Los Angeles frequente blackout de Los Angeles né portanto à noite o céu Ficava muito escuro o o Observatório M era muito próximo a Los Angeles né então ele conseguiu tirar uma série de fotografias de extrema boa qualidade da nebulosa de Andrômeda e com essa boa qualidade da nebulosa de Andrômeda ele conseguiu mostrar que a região central da nebulosa de Andrômeda a região do bojo né que que parece uma coisa meio gosmenta era separado em estrelas ele conseguiu ver as estrelas e aí

ele mostrou que Andrômeda tinha duas populações de estrelas a população um que é a população das Estrelas contidas nos braços espirais e a população Dois que é a população do bojo de Andrômeda né população um são estrelas azuis de grande massa e a população dois são estrelas de mais baixa massa e mais vermelhas sabemos que a via lcta também tem essas duas populações de estrelas né bom qual importância disso a importância disso é que existem duas categorias de cidas a se feitas de população um e a se feitas de população do e houve um grande

equívoco no uso das cidas para medir a distância de Andrômeda porque as cidas que o Hubble descobriu e usou para medir a distância de Andrômeda eram os efeitos de população mas a calibração da distância das eitas pelo método da paralaxe trigonométrica calibrou os e feitas de população dois então havia um problema um erro de calibração então precisava-se fazer uma recalibração da das efeites de população um para então medir corretamente a eh distância de Andrômeda fazendo isso a distância de Andrômeda imediatamente passou a ser o dobro e a constante de Hubble passou a ser a metade

portanto em vez de 2 Bilhões de anos para a idade do universo a idade do universo passou a ser 4 bilhões de anos que era compatível para felicidade Geral com a idade da Terra medid pelos geólogos e isso então via a grande controvérsia aqui eu mostro o gráfico do valor da constante de Hubble em função do ano em que esse valor foi publicado então vocês vejam que as primeiras medidas feitas pelo Hubble pelo lemet pelo pelo Robertson dava um valor da ordem de 500 km/s por megaparsec né E este valor dava uma idade do universo

de 2 Bilhões de anos Bad determinou um valor de aproximadamente a metade 250 isso em 1952 bem mais tarde né então a o valor da constante de rol caindo pela metade a idade do universo também dobrou fator dois né mas vocês vejam que em anos subsequentes o valor da constante de R continuou caindo sistematicamente isto por quê Porque percebeu-se que Hubble havia tomado incorretamente cidas em galáxias cada vez mais distantes com eh confundindo a Estrelas com aglomerados globulares então ele eh superestimou o brilho aparente e com medidas mais precisas com imagens mais nítidas se fez

um trabalho cada vez melhor e o valor da Constante RBO então continuou caindo por esta razão até por volta de 1970 Então a partir de 1970 todas as medidas passaram a ser contidas aproximadamente numa faa onde a constante de rabo valia ou 50 ou 100 ou qualquer valor intermediário isto se corresponde a uma idade de Universo de 10 bilhões de anos há 20 bilhões de anos tá agora vocês vejam o grande trabalho que foi feito a partir de 1970 cada ponto desses aqui responde a uma publicação de uma Medida independente da constante de Hubble Vejam

a quantidade de publicações que foram feitas desde então tantas que eh não dá nem para para distinguir quantas foram aqui vamos expandir esta essa parte mais tardia aqui de 1996 a 2008 os valores estão aqui né e aqui vocês já podem notar que o que se discutia era um valor entre 55 Km por segundo por meap e 80 km por segund megap para a constante de H né mas ainda havia Ah um espalhamento muito grande e com cada um desses métodos buscou-se aperfeiçoar a constante de Hubble né então isso gerou ah dezenas e até centenas

de trabalhos científicos observacionais né Eh tentando melhorar a constante de Hub e portanto determinar de uma forma mais precisa a idade do universo porque vocês vejam que com um erro eh tão grande quanto persistiu entre 19 70 e o ano 2000 onde a constante de rábula oscilou entre 55 km/s e 100 km/s e havia grupos eh muito fortes né A Turma do 55 era o sandage e taman enquanto que a turma dos 100 km/s era a turma do Devil coler né e havia Claro e muita gente eh achando valores intermediários mas surgiu um outro problema

se a constante de Hubble fosse de 100 Km por segundo por megaparsec então a idade do universo seria de 10 bilhões de anos e isto agora seria incompatível com a idade dos aglomerados globulares mais antigos que se media já com uma precisão razoável usando métodos completamente diferentes métodos da evolução Estelar né e obtinha-se valores de 16 a 18 bilhões de anos portanto incompatível com uma idade de 10 bilhões de anos que era então incompatível com uma constante de rabo de 100 Km por segundo por Meg então estabeleceu-se um outro conflito uma nova controvérsia né agora

os as estrelas dos aglomerados globulares eram mais velhas do que o univ Uno isso eh não podia ser né Quando o telescópio Hubble foi lançado o telescópio espacial um dos projetos mais importantes e que logo recebeu uma grande quantidade de tempo era chamado projeto chave em inglês Key Project e esse Key Project tinha por objetivo medir a constante de Hubble com a melhor precisão possível por que isso o telescópio espacial seria capaz de melhorar o valor da constante de rab imaginava-se que sim porque como ele tinha uma nitidez muito melhor poderia se identificar estrelas cidas

a distâncias muito maiores a distância tipicamente 10 vezes maior do que as distâncias medidas a partir de observatórios terrestres e com isso seria possível fazer uma calibração mais precisa né então esse Project projeto chave do Telescópio espacial ocupou um grupo grande de de astrônomos que com esforço muito grande então determinaram um novo valor para constante de Hubble e calcularam a incerteza desse novo valor com muito cuidado e o valor então medido a partir do Telescópio espacial passou a ser uma constante de rubble de 72 mais ou menos 8 km/s né Isso foi um avanço muito

grande quer dizer passou-se a conhecer a constante de hbal com uma imprecisão de 10% aproximadamente 10% Isso corresponde a uma imprecisão de aproximadamente 10% na idade do universo Tá certo isso foi evidentemente um uma conquista Sem dúvida nenhuma grande foi uma conquista que se deve ao telescópio espacial Hub vocês podem inclusive notar que a partir de 2001 em anos mais o número de publicações relacionadas à determinação da Constante diminuiu né as pessoas passaram a fazer um esforço menor em função deste desta conquista que se obteve no ano de 1900 de 2001 né E vocês vejam

que a a lei de rbol agora passou a se estender a distâncias muito grandes né 500 m parsec né você podia medir e distâncias com bastante precisão Se você olhar nesse gráfico o gráfico original do Hubble ele tá aqui ó aqui embaixo quase desaparece nesse novo diagrama né Ele usou um universo limitado a distâncias extremamente pequenas a velocidades extremamente pequenas né agora se faz medidas eh com cefeidas com outros métodos bom aí passou-se a fazer em anos recentes medidas eh com satélites artificiais a partir da radiação cósmica de fundo n é E aí satélites como

o wmap mediu no ano de 2009 um valor de 71,0 km/s mais ou menos 2,5 km/s né e o satélite plan nesse ano de 2013 obteve o valor de 71.32 p0 km/s né e com esses valores a idade do universo passou a ser definido como cerca de 13,8 bilhões de anos né E esse é o valor atualmente aceito e a gente acredita que a que o erro associado a incerteza associado a esse valor seja muito pequeno d de 1% Talvez 2% né E acredita-se também que eh os melhores valores para as estrelas dos aglomerados globulares

seja de 12 bilhões de anos portanto menor do que a idade do universo né Então essa grande controvérsia a primeira que a idade da Terra seria maior do que a idade do universo ela está resolvida já desde 1952 hoje nós temos um valor de 13.8 bilhões para a idade do universo e cerca de 5 bilhões 4,6 bilhões para a idade da Terra usando métodos geológicos né e os aglomerados mais antigos são eh mais jovens do que a idade do universo na verdade cerca de 1 bilhão eh de anos mais jovens do que a idade do

universo né então há uma convergência entre a as idades eh medidas por diversos métodos né E aquela obtida pelo valor da constante de Hubble né então vocês vejam que a constante de rabo foi realmente fundamental para se medir a idade do universo e a descoberta da Lady Hubble foi eh foi a descoberta que nos levou à conclusão de que o universo teve uma origem [Música] [Música]