En que consiste la expansión del universo

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En este vídeo se analizan los procesos que siguieron al inicio del universo según la teoría del Big Bang. El vídeo también tratará sobre las pruebas que condujeron al descubrimiento de la expansión del universo, incluyendo

El modelo propone que el universo se origina en un punto donde la energía se concentra en una singularidad. Tras su inicio, ocurrieron varias cosas que se comentan a continuación en orden cronológico.

Alrededor de 8.000 millones de años después del Big Bang, se crearon el sistema solar y el Sol. A lo largo de este tiempo, el universo continuó expandiéndose y la temperatura siguió disminuyendo.  En la actualidad, la temperatura del universo es de unos 3 K.

A lo largo de los acontecimientos que siguieron al Big Bang, hubo un intercambio constante entre la radiación y la materia. Sin embargo, al principio, la materia se convirtió rápidamente en radiación a través de la aniquilación partícula-antipartícula. El descenso de la temperatura del universo acabó por dificultar la aniquilación y, por tanto, hizo que la radiación se transformara en materia.

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Nota del editor: Esta historia se publicó originalmente en el número de febrero de 2004 de Scientific American. Volvemos a publicar esta historia porque su autor, Adam Riess, fue seleccionado como becario MacArthur en 2008 por la Fundación MacArthur.

Desde la época de Isaac Newton hasta finales de los años 90, la característica que define a la gravedad es su naturaleza atractiva. La gravedad nos mantiene en tierra. Frena el ascenso de las pelotas de béisbol y mantiene la luna en órbita alrededor de la tierra. La gravedad impide que nuestro sistema solar se separe y une enormes cúmulos de galaxias. Aunque la teoría general de la relatividad de Einstein permite que la gravedad empuje y tire, la mayoría de los físicos la consideraban una posibilidad puramente teórica, irrelevante para el universo actual. Hasta hace poco, los astrónomos esperaban que la gravedad frenara la expansión del cosmos.

Sin embargo, en 1998 los investigadores descubrieron el lado repulsivo de la gravedad. Al observar cuidadosamente supernovas distantes -explosiones estelares que durante un breve periodo de tiempo brillan tanto como 10.000 millones de soles- los astrónomos descubrieron que eran más débiles de lo esperado. La explicación más plausible de la discrepancia es que la luz de las supernovas, que explotaron hace miles de millones de años, viajó una distancia mayor de la que los teóricos habían previsto. Y esta explicación, a su vez, llevó a la conclusión de que la expansión del universo en realidad se está acelerando, no ralentizando. Este hallazgo fue tan radical que algunos cosmólogos sugirieron que la disminución del brillo de las supernovas era el resultado de otros efectos, como el polvo intergaláctico que atenuaba la luz. Sin embargo, en los últimos años, los astrónomos han consolidado la tesis de la aceleración cósmica estudiando supernovas cada vez más remotas.

¿Por qué algunos científicos creen que el universo se está expandiendo

Si esto continúa, casi todas las demás galaxias estarán tan lejos de nosotros que un día no podremos detectarlas ni siquiera con los equipos más sofisticados. De hecho, sólo podremos detectar unos pocos objetos cósmicos fuera de la Vía Láctea. Afortunadamente, esto no ocurrirá hasta dentro de miles de millones de años.

Pero no se supone que sea así, al menos según la teoría. Basándose en el hecho de que la gravedad atrae a las galaxias, la teoría de Albert Einstein predijo que el universo debería expandirse más lentamente con el tiempo. Pero en 1998, los astrofísicos se sorprendieron cuando sus observaciones mostraron que el universo se expandía cada vez más rápido. Los astrofísicos llaman a este fenómeno «aceleración cósmica».

A medida que el universo se expandía y se hacía menos denso, se enfriaba. En un momento del tiempo cósmico, los protones y los electrones se combinaron para formar átomos neutros de hidrógeno. Cuando esto ocurrió, la luz pudo salir al universo para formar lo que ahora se conoce como «fondo cósmico de microondas». Los instrumentos actuales que detectan el fondo cósmico de microondas proporcionan a los científicos una visión de ese universo primitivo.

Comentarios

Antes de que se lanzara el telescopio Hubble, existía una enorme incertidumbre sobre la tasa de expansión del universo. Este valor es necesario para calcular la edad del universo, estimar su evolución a lo largo de miles de millones de años y comprender las fuerzas que lo impulsan. Al principio, los astrónomos estaban encantados de reducir la estimación de la expansión a un 10% de precisión. Ahora, con mucha perseverancia y observaciones precisas, se acercan al uno por ciento de exactitud.

En 1929, Edwin Hubble aportó la primera prueba observacional de que el universo tiene una edad finita. Utilizando el mayor telescopio de la época, descubrió que cuanto más alejada está una galaxia de nosotros, más rápido parece retroceder en el espacio. Esto significa que el universo se expande uniformemente en todas las direcciones. Hubble observó que la luz de las galaxias lejanas parecía estirarse hacia longitudes de onda más largas, o enrojecerse, un fenómeno llamado corrimiento al rojo.

Al determinar con precisión la tasa de expansión, llamada constante de Hubble, se puede dar cuerda al reloj cósmico y calcular la edad del universo. Sin embargo, las estimaciones de Edwin Hubble sobre la expansión implicaban que el universo era más joven que la edad de la Tierra y el Sol. Por tanto, Hubble llegó a la conclusión de que el fenómeno del corrimiento al rojo era una propiedad desconocida del espacio y no una medida de la verdadera velocidad espacial. Más tarde, los astrónomos se dieron cuenta de que el corrimiento al rojo era una consecuencia de la expansión del propio espacio, tal y como predecía la teoría de la relatividad especial de Einstein.