Expansión del universo

El universo en expansión, es un estado dinámico extra galáctico, cuyo descubrimiento transformó la cosmología del siglo XX. El desarrollo de la relatividad general y su aplicación a la cosmología por el físico alemán Albert Einstein, el matemático holandés Willem de Sitter y otros teóricos, junto con la detección del corrimiento al rojo extra galáctico por el astrónomo estadounidense Vesto Slipher, llevó el entendimiento en la década de 1920, de que todas las galaxias están retrocediendo. El astrónomo estadounidense Edwin Hubble correlacionó estas observaciones en forma matemática para proporcionar evidencia de la expansión del universo.

Temas relacionados

Universo observable

¿Qué es la expansión del universo?

Es un concepto o representación del universo que se fundamenta en los desplazamientos al rojo observados de galaxias distantes, en el que se supone que las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a su separación como resultado de la expansión del universo.

Qué dice la teoria de la expansion del universo

Con el paso del tiempo se ha observado que las distancias entre los cúmulos y super cúmulos de galaxias, que son las estructuras más grandes estructuras del universo aumentan de manera progresiva y a esta situación es a lo que se le conoce con el nombre de expansión del universo.

La teoría nos explica que cuando se toman dos cúmulos de galaxias, la distancia que existe entre ellas crece sin detenerse, y este crecimiento se debe no a que las galaxias o los cúmulos se desplacen, sino que el espacio que media entre ellos va aumentando y creciendo cada vez más. Entre mayor distancia exista ente ellas y más distancia haya en los cúmulos considerados, más veloz tendrá entonces el aumento de la distancia.

La intensidad que posee la expansión del universo se puede valorar por medio de la utilización del parámetro de Hubble, H. El valor actual del parámetro de Hubble se conoce con el nombre de constante de Hubble y se simboliza como H0. Es importante mencionar que la expansión del universo no perturba ningún tipo de sistemas que se encuentren ligados de forma gravitatoria, esto quiere decir que, el proceso no altera las distancias que existen entre los átomos del cuerpo humano, o entre la Tierra y el Sol o incluso entre las estrellas de la Galaxia o entre galaxias que pertenece a un mismo cúmulo.

Las observaciones indican que la expansión del universo se está acelerando cada vez más, por motivos que aún no se tienen del todo claros. También es importante mencionar que la expansión del universo nos dice que las galaxias fuera de la nuestra se están alejando de nosotros, y las que están más alejadas se mueven más rápido. Esto significa que no importa en qué galaxia te encuentres, todas las demás galaxias se están alejando de ti.

Descubrimiento

El descubrimiento de la expansión del universo tuvo su inicio en el año 1912, por medio de una serie de trabajos realizados por el astrónomo norteamericano Vesto M. Slipher. Edwin Hubble fue un astrónomo de origen estadounidense que demostró la expansión del universo utilizando diferentes mediciones del corrimiento al rojo de las galaxias que se encontraban distantes, y por esta razón es considerado como el padre de la cosmología observacional.

La ley de Hubble

La ley de Hubble es la ley que establece que todas las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad que es proporcional con su distancia. Es la ley que nos lleva al modelo de la expansión del universo y anteriormente a la teoría del Big Bang. Esta ley puede surgir de la observación inicial del universo, suponiendo que éste es homogéneo y que además, se expande o se contrae.

La ley de Hubble se puede representar de la siguiente manera:

v = H0 D

en donde:

• v representa la velocidad de recesión debida a la expansión del universo (que se mide por lo general en km/s)
• D que representa la distancia actual a la galaxia (en mega parsec Mpc).
• H0 que es la constante de Hubble

La constante de Hubble se ha calculado en diferentes momento con el paso del tiempo y a lo largo de la historia, y se han llegado a obtener resultados muy diferentes así como las metodologías que han sido utilizadas, pero el valor actualmente aceptado es 70 kilómetros/segundo por mega parsec o 3,26 millones de años luz.

Evidencias de la expansión del universo

Las evidencias que los científicos han logrado acumular sobre la expansión del universo son las siguientes:

• La oscuridad del cielo nocturno también conocida como la Paradoja de Olbers.
• La verificación observacional de la ley de Hubble.
• La observación sobre la homogeneidad de la distribución de materia necesaria para la interpretación de la ley de Hubble.
• El efecto Tolman de la variación del brillo superficial con el desplazamiento al rojo en un factor (1+z)4.
• La dilatación de forma temporal que se da en las curvas de luz de supernovas lejanas con respecto a supernovas más cercanas.

Tipos de universo en expansión

Universo plano

Debido a la expansión acelerada que tiene el universo al parecer necesita la existencia de una energía oscura opuesta a la gravedad. Se puede estudiar la expansión cósmica cuando se analizan las distorsiones de las estructuras distantes a través de la geometría del tiempo espacial. Los investigadores han superado este problema al aplicar la prueba geométrica a pares de galaxias que se encuentran distantes en órbita y luego de calibrar su método los científicos han descubierto que la aparente geometría de parejas distantes requiere que el universo sea plano.

Universo abierto

La geometría que existe en el espacio es abierta y negativamente curvada. Los científicos consideran que aún sin la existencia de la energía oscura, el universo se expandirá para siempre con la gravedad haciendo más lenta la tasa de expansión. Con la presencia de energía oscura, la expansión se acelera y continúa. Se cree que el destino del universo abierto conduce a la muerte térmica en donde la aceleración que produce la energía oscura es tan fuerte que aplastará por completo los efectos de las fuerzas de gravedad, electromagnéticas y los enlaces débiles.

Universo cerrado

En un universo cerrado la falta de efecto repulsivo de la energía oscura causa que la gravedad termine deteniendo el proceso de expansión del universo por lo que ocasionará que se contraiga hasta que toda la materia que se encuentre en el universo colapse en un determinado punto. Se originará entonces el Big Crunch, una analogía del Big Bang.

Destino del universo

Existen varias teorías con respecto al destino del universo, las más importantes son las siguientes:

• Big Freeze o muerte térmica del universo: es considerado como la teoría más probable y llegará a suceder si el universo continúa expandiéndose. Las estrellas se apagarán y el universo se volverá oscuro, sumergido en un estado entrópico. Las galaxias colapsarían en los agujeros negros, habría descomposición de protones convirtiendo el gas interestelar en positrones y electrones que eliminarían a los fotones.
• Big Rip: la energía oscura provocaría que la tasa de expansión del universo se acelerara al extremo, eliminando toda la materia del universo, incluyendo galaxias y formas de vida que se convertirían en partículas elementales desligadas.
• Big Crunch: habla del final del universo y postula que la densidad media del universo es suficiente para poder detener su expansión y contraerlo. Sus efectos son desconocidos pero se considera que el universo colapsaría.
• Big Bounce: sugiere un periodo de expansión seguido de uno de contracción y es conocida como el Gran Rebote.