El universo se expande más rápido que la luz
El tejido del espacio en expansión significa que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido parece… [+] alejarse de nosotros. Sin embargo, eso no significa que las galaxias se desplacen realmente por el Universo a velocidades superiores a la de la luz; el propio tejido del espacio cambia continuamente sus propiedades.
Una de las reglas fundamentales que todos aprendemos en física -enunciada por Einstein hace más de 100 años- es que hay un límite de velocidad final que todo en el Universo debe obedecer: la velocidad de la luz. Esa velocidad fundamental, 299.792.458 m/s, es la velocidad a la que deben viajar todas las partículas sin masa a través del vacío del espacio. Si tienes masa, sólo puedes acercarte (pero nunca alcanzar) esa velocidad; si viajas a través de un medio en lugar de un vacío, sólo puedes viajar más lento que ese límite cósmico último. Pero si eso es cierto, ¿cómo es que podemos ver objetos en nuestro Universo, que comenzó con un Big Bang hace unos 13.800 millones de años, que están hasta a 46.000 millones de años luz? Este es el núcleo de la pregunta de Robert Lipinski:
Aceleración de la expansión del universo
Hay un gran conjunto de pruebas científicas que apoyan la imagen del Universo en expansión … [y el Big Bang, con la energía oscura. Las galaxias lejanas se alejan de nosotros más rápido hoy que hace 6.000 millones de años, pero la tasa de expansión en sí misma sigue disminuyendo.
Si se observa cualquier galaxia del Universo que no esté ligada gravitatoriamente a la nuestra, ya sabemos lo que le va a ocurrir en el futuro. Nuestro Grupo Local, formado por nuestra Vía Láctea, Andrómeda y unas 60 galaxias más pequeñas, son las únicas que están ligadas a nosotros. Si consideramos cualquier otra galaxia como parte de la estructura ligada de la que es miembro -como un par de galaxias, un grupo o un cúmulo-, toda esa estructura se aleja de nosotros, con su luz sistemáticamente desplazada hacia longitudes de onda más largas: un corrimiento al rojo cósmico. Cuanto más alejada está una galaxia, en promedio, mayor es su corrimiento al rojo, lo que implica que el Universo se está expandiendo.
Además, si se quedara durante mucho tiempo cósmico, descubriría que esta galaxia se está acelerando en su recesión respecto a nosotros. A medida que pase el tiempo, se desplazará al rojo en cantidades cada vez mayores, lo que implica que el Universo no sólo se está expandiendo, sino que se está acelerando. La velocidad inferida para cualquier galaxia (que no esté ligada gravitacionalmente a nosotros) aumentará con el tiempo, y todas esas galaxias acabarán siendo inalcanzables, incluso a la velocidad de la luz. Y sin embargo, si midiéramos la tasa de expansión del Universo, lo que comúnmente llamamos la constante de Hubble, encontraríamos que en realidad está disminuyendo con el tiempo, no aumentando.
Valor de la constante de Hubble 2021
Los datos de las supernovas, por sí solos, podrían ser coherentes con un universo que no se acelera ni se desacelera. Esto se sabe desde el descubrimiento original, y no se discute.
El uso de estos datos por sí solos muestra que el universo en expansión se está acelerando, y esto es independiente de cualquier información de las supernovas. El Premio Nobel se concedió sólo después de que ésta y muchas otras técnicas de observación confirmaran los hallazgos de las supernovas.
Otro ejemplo es el Fondo Cósmico de Microondas (CMB), que es el resplandor sobrante del Big Bang y es una de las mediciones observacionales más precisas del universo jamás realizadas. Muestra que el espacio es casi plano.
Por eso, cuando las observaciones de las supernovas descubrieron que el 70% del universo está formado por energía oscura, se resolvió la discrepancia. En realidad, las supernovas se midieron antes que el CMB, por lo que esencialmente se predijo que el CMB mediría un universo plano, una predicción que se confirmó maravillosamente.
Normalmente los cosmólogos se cuidan de decir que estamos estudiando la «energía oscura», que es el nombre que le damos a lo que sea que esté causando la aparente aceleración de la expansión del universo. (A menudo omitimos el «aparente» en esa frase, pero está ahí por implicación).
Modelo cosmológico
A pesar de casi cien años de mediciones y cálculos astronómicos, los científicos siguen sin ponerse de acuerdo sobre el valor exacto de la constante de Hubble. El número real podría revelar piezas que faltan en nuestra comprensión de la física, como nuevas partículas o una nueva forma de energía oscura.
Averiguar el verdadero valor de la constante de Hubble es uno de los mayores retos de la astronomía moderna y podría revolucionar nuestra comprensión del universo, por lo que los científicos de la Universidad de Chicago y muchas otras instituciones de todo el mundo están tratando de precisar el número utilizando múltiples métodos.
Aunque estas diferencias parecen pequeñas, incluso una discrepancia de 2 km/s/Mpc entre las predicciones de la física y las observaciones implica que podría haber algo importante que falta en nuestra comprensión actual del universo.
A principios de la década de 1920, los matemáticos utilizaron las ecuaciones de la relatividad general de Einstein para predecir que el universo debería estar en expansión, pero los científicos aún no lo habían demostrado mediante observaciones. En aquella época, los astrónomos ni siquiera disponían de las observaciones necesarias para zanjar el Gran Debate sobre el tamaño del universo; algunos incluso sostenían que el universo no se extendía más allá de la Vía Láctea.