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La loi de Hubble |
A la suite de la mesure des décalages spectraux, des études ont tenté de relier ces dernières à la distance des galaxies. Cela a débouché sur la célèbre loi de Hubble qui historiquement avait déjà été découverte par le cosmologue belge Georges Lemaître. Cette relation montre une proportionnalité entre la distance d'une galaxie et son décalage spectral. Plus une galaxie est éloignée, plus son décalage spectral est grand. La constante de proportionnalité est appelée constante de Hubble et est estimée aujourd'hui à près de 70 km/s/Mpc, alors qu'une valeur de plus de 500 km/s/Mpc a été mesurée lors de sa découverte. La relation s'écrit donc sous la forme :
où 
est la constante de Hubble et D la distance d'une galaxie. Cette relation entre vitesse d'expansion et distance a deux conséquences physiques. La première est qu’à faible distance l’expansion de l’univers ne se fait pas sentir. Qui sur Terre a déjà vu des objets s’éloigner sans raison ! Sur une échelle un peu plus grande (<2 Mpc), l’expansion de l’univers n’est pas dominante dans la dynamique des galaxies ; la force gravitationnelle domine. Quelques dizaines de galaxies ont alors un décalage vers le bleu dans le Groupe Local. Entre 10 et 50 Mpc, l’expansion bien que dominante se compose avec les vitesses particulières des galaxies pour produire un décalage spectral. Par exemple, dans l'amas de la Vierge à 16 Mpc, l'expansion de l'univers produit un décalage spectral de l'ordre de 1 100 km/s. Or les vitesses particulières des galaxies dans un amas tel que l'amas de la Vierge peuvent atteindre des valeurs de l'ordre de 500 km/s ajoutant un effet Doppler classique à celui cosmologique. Ainsi, M100 a un décalage spectral de 1 470 km/s quand M49 en a un de 840 km/s. Les vitesses particulières contribuent pour près de 30% au décalage spectral. Au-delà de 50 Mpc, la valeur du décalage spectral est dominé par l'expansion de l'univers.
Sur les millions de mesures de décalages spectraux effectuées depuis plus de 100 ans, l'écrasante majorité se révèle être des décalages spectraux vers le rouge et non vers le bleu. Deux possibilités peuvent expliquer cette tendance. Soit la Voie Lactée connaît une position très privilégiée au sein de l'Univers et il existe un mécanisme étrange qui fait que les autres galaxies s'en éloignent et d'autant plus rapidement qu'elles sont éloignées ; soit l'univers est homogène et isotrope et ces décalages vers le rouge ainsi que la Loi de Hubble résultent naturellement des lois d'Einstein.
La loi de Hubble est un outil très efficace pour estimer la distance des galaxies dans l'univers proche. Grâce à cela il est possible d'accéder à la troisième dimension spatiale et de voir la structure de l'univers à grande échelle.
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