Tamaño del universo
Conviene señalar que muchos libros de texto dan a entender que Hubble dio con su descubrimiento por casualidad, pero no es así. Hubble sabía exactamente lo que buscaba porque era consciente de una de las implicaciones de la teoría de la relatividad general de Einstein cuando se aplica al universo. Unos años después de que Einstein publicara su teoría, el matemático ruso Alexander Friedmann demostró que, en el caso general, el universo debe estar en expansión o en contracción. Hubble también estaba al tanto de los trabajos del astrónomo estadounidense Vesto Slipher, realizados unos 15 años antes, que demostraban que la mayoría de las galaxias estaban desplazadas al rojo. Hubble no fue la única persona que juntó estas dos pistas y se dio cuenta de lo que se podía demostrar astronómicamente, pero Hubble quizás fue la única persona que se dio cuenta de esto y que también tuvo acceso a los telescopios capaces de hacer este trabajo.
En la relatividad general, la comprensión adecuada es que es el espacio el que se expande. A medida que el espacio se expande, arrastra a las galaxias con él. Las galaxias se mueven con respecto al espacio, pero incluso si no se movieran, se alejarían de nosotros al expandirse el espacio.
El universo observable frente al universo entero
Las observaciones muestran que la expansión del universo se está acelerando, de manera que la velocidad a la que una galaxia lejana se aleja del observador aumenta continuamente con el tiempo[1][2][3] La expansión acelerada del universo fue descubierta durante 1998 por dos proyectos independientes, el Supernova Cosmology Project y el High-Z Supernova Search Team, que utilizaron supernovas de tipo Ia lejanas para medir la aceleración. [4] [5] [6] La idea era que, como las supernovas de tipo Ia tienen casi el mismo brillo intrínseco (una vela estándar), y como los objetos que están más lejos parecen más tenues, podemos utilizar el brillo observado de estas supernovas para medir la distancia a ellas. La distancia puede compararse con el corrimiento al rojo cosmológico de la supernova, que mide cuánto se ha expandido el universo desde que se produjo la supernova; la ley de Hubble establece que cuanto más lejos está un objeto de nosotros, más rápido se aleja. El resultado inesperado fue que los objetos del universo se alejan unos de otros a un ritmo acelerado. Los cosmólogos de entonces esperaban que la velocidad de recesión fuera siempre decreciente, debido a la atracción gravitatoria de la materia en el universo. Tres miembros de estos dos grupos han recibido posteriormente el Premio Nobel por su descubrimiento[7]. Se han encontrado pruebas confirmatorias en las oscilaciones acústicas de los bariones y en los análisis de la agrupación de galaxias.
A qué velocidad se expande el universo
La expansión del Universo es una característica clave de la cosmología del Big Bang y es una propiedad genérica del universo que habitamos. Desde la observación de Edwin Hubble en 1929, que permitió descubrir la expansión del Universo, los astrónomos intentan comprender el comportamiento de la misma. Hasta hoy se han creado varios modelos que explican la expansión pasada y futura:
Un universo en desaceleración alcanza su tamaño actual en el menor tiempo posible. El universo podría llegar a contraerse y colapsar en un «big crunch» o expandirse indefinidamente. Un universo en reposo es más antiguo que un universo en desaceleración porque tarda más tiempo en alcanzar su tamaño actual y se expande indefinidamente. En cambio, un universo en aceleración es aún más antiguo. En realidad, el ritmo de expansión aumenta debido a una fuerza de repulsión que separa las galaxias.
El fin del universo
Hace casi 100 años que la humanidad llegó a una conclusión revolucionaria sobre nuestro Universo: el espacio mismo no permanece estático, sino que evoluciona con el tiempo. Una de las predicciones más inquietantes de la Relatividad General de Einstein es que cualquier Universo -siempre que esté uniformemente lleno de uno o más tipos de energía- no puede permanecer invariable a lo largo del tiempo. En su lugar, debe expandirse o contraerse, algo que inicialmente dedujeron de forma independiente tres personas distintas: Alexander Friedmann (1922), Georges Lemaitre (1927), Howard Robertson (1929), y luego generalizado por Arthur Walker (1936).
Al mismo tiempo, las observaciones comenzaron a mostrar que las espirales y elípticas de nuestro cielo eran galaxias. Con estas nuevas y más potentes mediciones, pudimos determinar que cuanto más lejos estaba una galaxia de nosotros, mayor era la cantidad de su luz que llegaba a nuestros ojos desplazada al rojo, o con longitudes de onda más largas, en comparación con el momento en que se emitió esa luz.
Pero, ¿qué ocurre exactamente con el tejido del espacio mientras ocurre este proceso? ¿Se estira el propio espacio, como si fuera cada vez más delgado? ¿Se crea constantemente más espacio, como si «rellenara los huecos» que crea la expansión? Esta es una de las cosas más difíciles de entender en la astrofísica moderna, pero si lo pensamos bien, podemos entenderlo. Exploremos lo que está sucediendo.