EL UNIVERSO AL DESCUBIERTO: CONCEPTOS BÁSICOS DE COSMOLOGÍA

Hector Otí Floranes
LAEX-CAB

Hace unos meses, di con un artículo de divulgación que, al fin, aclaraba de una forma sencilla y llana un tema controvertido y complicado: Cosmología. Ésta es una rama de la Astronomía que estudia la evolución del universo como un todo y tiene como pilar fundamental la Teoría de la Relatividad de Einstein. Muchas ideas y comentarios, incluso de astrónomos, acerca de puntos clave de la Cosmología son oscuros, cuando no falsos. Por ello, Charles Lineweaver y Tamara M. Davis, a la sazón miembros del Mount Stromlo Observatory (Australia), elaboraron en 2005 este artículo de divulgación (“Cosmology misconceptions about the big bang”) que trata de verter luz sobre las consecuencias que el actual Modelo Cosmológico acarrea. No es fácil dar con un texto tan claro y directo, por eso hemos decidido compartirlo con vosotros. He aquí un resumen del mismo:

1) Big Bang: El universo se formó cuando toda la materia y la energía, que se encontraban concentradas en un punto, sufrieron una explosión llamada Big Bang (Gran Explosión). No cabe preguntar qué había antes de ella, ni tampoco creer que el universo estaba vacío salvo por la pequeña bola de materia-energía que estallaría después: tanto el espacio como el tiempo se formaron tras la explosión; no fue una explosión en el espacio, sino del espacio-tiempo; ocurrió en todos los puntos, en la habitación en la que leéis esta entrada del blog, en Alfa Centauri, en la cercana galaxia Andrómeda, etc. El universo, materia, energía, tiempo, espacio, formaba un todo que estalló. Una de las pruebas de tal evento es el Fondo Cósmico de Microondas (FCM), radiación residual emitida en la explosión.

Tanto el tiempo y el espacio aparecen con el Big Bang. No exite un “antes”. (Crédito: Lineweaver & Davis 2005)

2) El universo se expande: La analogía con la que se suele explicar este difícil concepto es la siguiente: supongamos que existe una raza alojada en la superficie de un globo que se va hinchando. A medida que esto sucede, los habitantes de ese universo se dan cuenta de que las distancias aumentan: miden el tiempo de viaje de un punto A a otro B, y constatan que este tiempo se va haciendo mayor a cada momento. Saben que A y B no se encuentran en movimiento, pero la distancia entre ambos crece. Por tanto, llegan al convencimiento de que el universo de dos dimensiones en el que viven se está expandiendo. Pues bien, eso notamos los humanos: las galaxias se alejan de la nuestra, la Vía Láctea. Estudiando el movimiento relativo al FCM, sabemos que el aumento de las distancias no se debe a movimiento per se. La conclusión es que, efectivamente, el universo se expande. Observadores en todas las galaxias observan el mismo alejamiento, al igual que todos los habitantes del globo, pues no hay un centro del que se aleja todo: todos los puntos se alejan del resto.

3) No hay una cuarta dimensión espacial: La analogía del globo es buena para ayudar a comprender la expansión del universo, pero hay que tener claro que, así como un globo común (una superficie de dos dimensiones) necesita una tercera dimensión en la cual expandirse, la Relatividad General de Einstein (que explica la evolución del universo con tres dimensiones espaciales) no requiere una cuarta dimensión espacial para que tal expansión sea posible. Este punto es muy poco intuitivo.

4) Corrimiento al rojo: El pertinaz alejamiento de las galaxias puede ser medido gracias al famoso corrimiento al rojo: los fotones (luz) emitidos por éstas son “estirados” durante el transcurso de su viaje debido a la expansión del universo. Por ello, el valor de la longitud de onda de esos fotones medido por nosotros es mayor que el valor con el que fueron emitidos. Tal “estiramiento” nos da el valor de la distancia a la galaxia que emitió esos fotones. Un error común es considerar este corrimiento al rojo fruto del efecto Doppler causado por un movimiento relativo de las galaxias. Así, existen personas -entre ellas astrónomos- que persisten en creer que el “estiramiento” de los fotones se debe a un efecto cinemático (como el “estiramiento” que sufren las ondas de una sirena de ambulancia que se aleja de nosotros y cambia su sonido aparente) causado por un hipotético movimiento de recesión de las galaxias. Como ya hemos dicho, la distancia entre las galaxias crece debido a la expansión del universo, y no a un movimiento convencional; y lo que es más: cuanto más alejadas están, más rápidamente crece la distancia, es decir, las galaxias más lejanas se alejan más rápidamente.

5) Velocidad de recesión: El crecimiento de las distancias a las galaxias puede ser asociado a una velocidad, aun cuando no se trate de un movimiento, tal y como hemos dicho. Esta velocidad se denomina velocidad de recesión y se obtiene a partir del valor del corrimiento al rojo de cada galaxia. Quizá sea su empleo una dificultad a la hora de discernir entre movimiento y expansión, pero una prueba fundamental de que esta velocidad no es una velocidad al uso es que puede tener un valor superior al de la luz sin desafiar la Teoría de la Relatividad, ya que no representa ningún movimiento.

Los fotones de las galaxias alejadas son estirados durante su viaje hasta nosotros a través del espacio. Este estiramiento es el conocido corrimiento al rojo cosmológico y se debe a la expansión del universo, no a al movimiento de las galaxias con respecto a la Vía Láctea. (Crédito: Lineweaver & Davis 2005)

6) Comportamiento local: Algunas galaxias cercanas no siguen la tendencia descrita, pues su distancia a nosotros puede decrecer en lugar de aumentar. Éstas son las galaxias cercanas y que forman parte del llamado Grupo Local, al que pertenece la Vía Láctea. De la misma forma, el Grupo Local forma parte de un conjunto de galaxias aún mayor llamado Supercúmulo de Virgo. El hecho de que las galaxias que componen estos conjuntos no se alejan entre sí debido a la expansión del universo, se debe a que, por encima de ésta, prima la atracción gravitatoria entre ellas. Volviendo a la analogía del globo, es como si los miembros de la raza pobladora de éste hubiesen construido unas casas no ancladas al suelo y atadas entre sí por cadenas, de forma que la expansión no causase un imparable distanciamiento de sus moradas. En nuestro caso, esas cadenas son la fuerza gravitatoria, que mantiene las galaxias confinadas en un recinto no creciente. La atracción gravitatoria de nuestro supercúmulo no afecta a galaxias más alejadas de cierto límite, ya que su valor decrece con la distancia, por lo que se alejan irremediablemente de nosotros. Un comportamiento similar siguen los cúmulos alejados del nuestro. Cabe entonces distinguir entre comportamiento local (atracción) y comportamiento global (expansión).

7) Expansión acelerada: Uno de los últimos hitos en Cosmología es el descubrimiento de que la expansión se está acelerando, esto es, el crecimiento de las distancias entre las galaxias es cada vez mayor. Para explicar esta aceleración, se ha recurrido a la idea de la energía oscura, un tipo de energía repartida en el universo cuyo efecto neto es opuesto al de la gravedad.

8) ¿Se expande también la Vía Láctea?: Una de las creencias erróneas acerca de la expansión es que la Vía Láctea terminará sucumbiendo ante el “estiramiento” producido por la expansión del universo, desgarrándose ante el empuje de ésta. Como acabamos de explicar, a nivel local domina la atracción gravitatoria, pues la aceleración de la tasa de expansión del universo es muy inferior a la necesaria para destruir el sistema en el que vivimos: se sabe que la “fuerza” causada por la expansión en la superficie terrestre y que nos empuja fuera del planeta es 30 órdenes de magnitud menor que la que causa la Tierra y nos ancla a ella. Ahora bien, se desconoce si la aceleración de la tasa de expansión es constante o puede aumentar con el tiempo. De ser así, algún lejano día los componentes del Supercúmulo de Virgo, luego los del Grupo Local y por último los de la Vía Láctea, se separarán del resto, alejándose indefinidamente, pasando a ser cuerpos solitarios destinados a descomponerse en nubes de gas a causa de éste efecto.

Esperamos que esta entrada haya podido arrojar algo de luz sobre este intrincado -y demasiadas veces confuso- tema.

ENLACES:




Página principal del “Cuaderno de Bitácora Estelar”
Etiquetas:

Si te gustó esta entrada anímate a escribir un comentario o suscribirte al feed y obtener los artículos futuros en tu lector de feeds.

(requerido)

(requerido)


*