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AGRUPACIÓN ASTRONÓMICA COMPLUTENSE |
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La composición y destino del universo
La
expansión del universo no puede imaginarse como la expansión de la materia por
el espacio, como un centro del que se alejan todas las galaxias. Debe
imaginarse como un ensanchamiento del espacio que no tiene centro ni bordes, de
forma que si nos desplazamos de un punto a otro no vemos ninguna diferencia de
esa expansión, no hay un punto especial desde donde el universo se esté
expandiendo. Debemos imaginar el espacio como una malla en la que se ensancha
la red.
Figura
1:Ejemplo de expansión
Esta expansión puede ser
interpretada dentro del concepto de la teoría del Big-Bang, la gran explosión.
La singularidad del Big-Bang fue predicha en la teoría de la Relatividad de
Albert Einstein, y fue confirmado en 1965 con el descubrimiento de la
radiación de fondo de microondas. Se dieron
cuenta de que de todas las partes del cielo nos llega una radiación, una
radiación térmica de cuerpo negro a 3K. La radiación cósmica de fondo nos
muestra que la expansión debe interpretarse como que el universo tiene una edad
finita, empezando su expansión a partir de un estado mucho más denso y caliente
del actual. Toda la materia presente en el universo estaba concentrada en un
volumen mucho más pequeño, de forma que se ha ido expandiendo desde un
principio.
Figura 3: espectro de la radiación cósmica de fondo.
La
Teoría de la Relatividad General nos dice el comportamiento de la materia en el
universo bajo la acción de la gravedad. Esperamos que un universo lleno de
materia tienda a frenar esa expansión debido a que esta se atrae a sí misma. Si
esta expansión se frena dependerá de la cantidad de materia que hay y de la
fuerza de gravedad que produce. Para conocer en qué modelo de universo nos
encontramos necesitamos saber el valor de la densidad de la materia y
compararlo con su valor crítico. Hace cuarenta años se descubrió que el
universo contiene dos tipos de materia. En 1970 los astrónomos descubrieron en
galaxias que debería existir otro tipo de materia invisible y detectable sólo
por los efectos de su propia gravedad. Esta materia se denomina materia oscura.
Al no poder conocer de manera exacta la densidad de materia
del universo, no podemos saber en que tipo de universo estamos, pero midiendo la desaceleración de la
expansión, su evolución, podemos obtener mucha información.
La manera de hacerlo es ver si hay desviaciones en la ley de Hubble.
Una
manera de medir estas desviaciones es mediante el cálculo muy preciso de
distancias a galaxias, en concreto a supernovas de tipo Ia de estas galaxias,
con una velocidad radial de recesión cercana a la de la luz (galaxias jóvenes)
y relacionándola con el brillo de su supernova, es decir su distancia.
Teniendo en cuenta que el ritmo de expansión actual es el mismo para todos los modelos de universo y que viene dado por la constante de Hubble, H, podemos estudiar cómo ha sido la evolución de la expansión en el pasado, comprobar cómo ha sido la aceleración, y ver la desviación de la ley Hubble de estas galaxias tempranas y lejanas a alto redshift.
En un universo cerrado hay más gravedad y por tanto más desaceleración, entonces una galaxia que se aleja de nosotros a velocidad fija, en el pasado se alejaba más rápidamente. Como la velocidad de la luz es constante, la luz viaja en un tiempo menor recorriendo también una distancia menor, de forma que la supernova de la galaxia debe estar más cerca de nosotros y tiene que ser más brillante a luminosidad fija a alto redshift. En un universo abierto debería ser más débil. Se observa que las supernovas son todavía más débiles que en el caso de un universo abierto o vacío. Esto significa que las supernovas están más lejos y que el universo se está acelerando. Otras mediciones han encontrado lo mismos resultados. Las observaciones de las pequeñas perturbaciones de la radiación cósmica de fondo también muestran evidencias de la aceleración de la expansión. Según
la teoría de la Relatividad de Einstein la expansión no sólo se produce por la
masa y la energía si no también por la presión.
En el pasado el universo se desaceleraba por la atracción gravitatoria pero llegó un momento en el que la energía de vacío apareció, comenzando la expansión. No se sabe la naturaleza de la energía de vacío, aunque una posible explicación se piensa que tiene que ver con la pérdida de energía de los fotones emitidos en los primeros instantes del universo hasta nuestros días, por el aumento de su longitud de onda (en el pasado eran rayos gamma y hoy son microondas). Se podría pensar que esta pérdida de energía tiene que ver con esa continua creación de energía de vacío y por tanto, con la expansión acelerada. Pero esto no es más que una suposición.
Actualmente la composición del universo aproximadamente es de un 4% de materia común, la que conocemos. Un 22% materia oscura y un restante 74% de energía oscura. En el futuro el universo será mayoritariamente energía de vacío, siendo la materia común un porcentaje ínfimo. La energía de vacío
está uniformemente repartida por todo el espacio y es sólo detectable al
medir el universo en su totalidad.
Charla del 30 de noviembre de 2005
sobre 'La composición y destino del universo' en el salón de actos de la
Facultad de Biológicas de la UAM por Jordi Miralda Escudé
(IEEC).
Figura
2:
http://map.gsfc.nasa.gov/m_ig/030644/030644.html
Laura F. Gil Martínez
(c) 2006 Agrupación Astronómica Complutense |
