Na sequência das suas investigações, descobre em 1923 uma cefeida (estrela cujo brilho varia segundo um período bem determinado, que oscila entre algumas horas e uma semana). Hubble, em 1924, a partir dessa descoberta, demonstrou a existência de nebulosas extra-galácticas formadas por sistemas estelares independentes. Considerou que muitas nebulosas, aparentes, mais não eram do que galáxias exteriores à nossa. Observando as cefeidas conseguiu calcular a distância entre várias dessas galáxias, do género da Via Láctea. Em 1929, confirma a teoria da expansão do universo e anuncia que a velocidade entre duas nebulosas é proporcional à distância entre ambas. A relação entre estas grandezas ficou conhecida como constante de Hubble. Quanto mais afastadas estão da Terra, parecem distanciar-se com maior velocidade, facto no qual baseou a sua teoria do universo em expansão, que mais tarde outros astrónomos desenvolveram, como Eddington, de Sitter, Lemaître e outros.
Morreu em San Marino, Califórnia, em 28 de Setembro de 1953.
Em homenagem aos seus esforços e investigações em prol da astronomia, foi dado o seu nome ao primeiro telescópio espacial, o telescópio Hubble, colocado em órbita em 1990, com o objectivo de estudar o espaço sem as distorções provocadas pela atmosfera.
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