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22 Feb 2022 - 2:26 a. m.

Guía para no extraviarse en el universo

¿Qué aspectos claves deberíamos conocer el universo? Aquí hay unos “tips” esenciales explicados por un astrofísico.

Héctor Rago*

Foto de referencia. Formación de estrellas en un ambiente dominado por la radiación.
Foto de referencia. Formación de estrellas en un ambiente dominado por la radiación.
Foto: NASA / ESA

El vaivén entre las teorías de la física que la humanidad descubre, y las observaciones con telescopios cada vez más sofisticados en los últimos cien años, ha permitido urdir una historia del universo relativamente sencilla, creíble, con capacidad predictiva y ajustada a la realidad. No quiere decir que explica todos los detalles, pero es el marco general para entender cada vez mejor nuestro universo; hablamos del modelo cosmológico estándar. (Lea Nubes de hierro y vientos extremos: así es el lado oscuro de un “Júpiter Caliente”)

He aquí trece tips para no extraviarse en el universo.

1.- El universo tiene 3 dimensiones, igual que el espacio cotidiano en el que nos movemos: largo, ancho y alto. Ni en las mayores distancias exploradas (ni, por cierto, en las menores) hay indicios de dimensiones extras.

2.- El universo contiene átomos, materia, personas, planetas, estrellas, galaxias, agujeros negros y muchas otras cosas más, pero estas irregularidades locales se desvanecen cuando consideramos distancias suficientemente grandes. Un observador en cualquier lugar del universo verá, en promedio, lo mismo que nosotros desde nuestra galaxia.

También, las distintas direcciones en que miremos son a gran escala esencialmente iguales. El universo a escala cosmológica es uniforme, simétrico, simple.

3.- La geometría del espacio a escala cosmológica es la más sencilla: la vieja y noble geometría de Euclides de nuestros desvelos en el bachillerato. No era la única opción, los matemáticos del S. XIX concibieron geometrías curvas, no euclidianas del espacio. Pero las observaciones indican que la curvatura del universo es cero; es decir, que a escala cosmológica, la que mejor describe el universo es la de Euclides.

4.- El universo se expande. La expansión fue detectada por Edwin Hubble analizando la luz de las galaxias lejanas, y había sido predicha teóricamente unos años antes por George Lemaitre. El ritmo al que se expande está controlado por la cantidad de materia del universo o, con algo más de precisión, por la densidad de materia-energía del universo.

Precaución: Las galaxias mismas no se expanden, la expansión ocurre a escalas de distancias mayores que las dimensiones de las galaxias.

5.- Si actualmente el universo se está expandiendo, en el pasado estaba mucho más comprimido y, muy atrás en el tiempo, inimaginablemente comprimido y a temperaturas descomunales. Las observaciones son consistentes con que la expansión comenzó hace unos 13.800 millones, en un evento singular denominado el Big Bang.

6.- El Big Bang no debe imaginarse como una explosión que ocurre en un lugar particular del espacio. Ocurrió en todo el espacio simultáneamente. La ciencia no explica qué disparó el comienzo de la expansión. La cosmología describe con razonable éxito lo que ocurrió después y lo que ocurrirá en el lejano futuro. Precaución: No sabemos qué había antes ni por qué ocurrió el Big Bang. No hay teoría de la física (aún) que responda esas cuestiones. No pregunte.

7.- La historia del universo es la historia de los diversos procesos físicos que ocurrieron desde instantes cercanos al Big Bang, a temperaturas y energías gigantescas, a medida que el universo se expandía y se enfriaba, hasta el universo apacible de hoy. La historia incluye la formación de protones y neutrones, la fusión de núcleos atómicos ligeros, la formación de átomos y posteriormente estrellas y galaxias, planetas y computadoras.

8.- Como nada viaja más rápido que la luz, solo hemos recibido información de la región del universo cuya luz ha tenido tiempo de llegar a nosotros en los 13.800 millones de años de la expansión. Esa región es el universo observable y es obviamente de tamaño finito y su tamaño aumenta a medida que envejece.

Precaución: No pregunte por el universo no observable. No hay respuestas.

9.-Como la expansión del universo es uniforme, las galaxias más alejadas retrocederán de nosotros a una velocidad mayor, proporcional a la distancia. Esta proporcionalidad es la ley de Hubble – Lemaitre. A una distancia llamada longitud de Hubble, las galaxias se alejan de nosotros a la velocidad de la luz y, las que están más lejanas aún, se alejan de nosotros a una velocidad mayor que la de la luz. Esto no constituye una violación de la relatividad especial, pues ella es una teoría local y no toma en cuenta la expansión del espacio.

Precaución: La longitud de Hubble no debe confundirse con los límites del universo observable.

10.- Las mediciones de la cantidad de materia que hay en el universo a través de diversos métodos revelan que hay más materia en las galaxias que la que detectan nuestros telescopios. Es la materia oscura. No la vemos, pero la detectamos por sus efectos gravitacionales en la materia que sí vemos. Las estimaciones indican que hay en el universo unas seis veces más materia oscura que la materia ordinaria.

Precaución: Aún no sabemos de qué está hecha la materia oscura. Todavía no preguntes.

11.- Si la materia oscura te parece extraña, prepárate, porque la materia ordinaria más la materia oscura más la radiación… es solo el 30 % de lo necesario para que se expanda al ritmo que lo hace. El 70% restante, llamado energía oscura, probablemente esté asociado con la energía del vacío. El efecto que tiene la energía del vacío es acelerar la expansión. El universo en lugar de irse frenando se va expandiendo cada vez más y más rápido. La aceleración del universo fue detectada a finales del siglo XX escudriñando supernovas.

Precaución: Solo conocemos bien el 5% de la materia-energía del universo. El 95% restante es materia oscura o energía del vacío.

12.- Una consecuencia de que la expansión acelerada es que las galaxias traspasarán la distancia de Hubble y su luz no nos llegará más, desaparecen de nuestro campo visual y no se podrá constatar la expansión del universo. Las evidencias del Big Bang desaparecerán en el futuro lejano.

Eso dicen las ecuaciones.

13.- No estamos en una localización especial del universo, pero sí en un tiempo especial de su evolución: el tiempo en el que podemos observar la recesión de las galaxias y a la vez la aceleración que convertirá a nuestro universo, del hermoso espectáculo que nos fotografió el telescopio Hubble y lo hará el James Webb, en un universo vacío, frío, oscuro y solitario.

*Héctor Rago es realizador de Astronomía Al Aire, Podcast y Blog de Ciencias y profesor de la Universidad Industrial de Santander.

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