RESPUESTAS (LXXIX): ¿POR QUÉ (A PRIMERA VISTA) EL UNIVERSO OBSERVABLE ES MÁS GRANDE DE LO QUE SU EDAD LE DEBERÍA PERMITIR?

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Hace un par de semanas, Roberto López-Herrero preguntaba por Twitter cómo es posible que el universo observable tenga un radio de 46.500 millones de años luz, si el Big Bang ocurrió hace 13.800 millones de años.

Se trata de una duda que a todos los aficionados a la astronomía nos ha atormentado en algún momento de nuestras vidas: el universo se ha estado expandiendo desde que tuvo lugar el Big Bang pero, incluso suponiendo que las galaxias se hubieran estado moviendo a la velocidad de la luz, sólo podrían haber recorrido 13.800 millones de años luz en cualquier dirección durante todo este tiempo. Por tanto, siguiendo este razonamiento, el diámetro del universo actual no podría superar los 27.600 millones de años luz.

Pero, por supuesto, eso no es así: sabemos que el universo observable tiene un diámetro de 93.000 millones de años luz.

¡Y eso sólo puede significar que el universo se ha estado expandiendo a velocidades superiores a la de la luz! ¡Maldita sea! ¿No  decías hace una semana que es imposible que un objeto se mueva a la velocidad de la luz? ¿Cómo puede ser que haya galaxias que han movido incluso más rápido? ¿No será que el Big Bang no es más que una gran patraña? 

Pues no, voz cursiva, no es una patraña. Para entender lo que está pasando, empecemos por hablar de la expansión del universo.

Hace un siglo que los astrónomos utilizan la espectroscopia (hablaba de ella en esta otra entrada) para medir la velocidad y la dirección del movimiento de los cuerpos celestes lejanos. Pero, durante el proceso, han descubierto algo muy curioso: todas las galaxias que se han observado se están alejando de nosotros como si, miraras adónde miraras, el universo entero estuviera huyendo de la Vía Láctea.

¿Todas las galaxias se alejan de nosotros? ¿Seguro?

Bueno, vale, voz tiquismiquiscasi todas. De los miles de millones de galaxias que hay en el universo observable, sólo 100 de las más cercanas se mueven en nuestra dirección.

El caso es que este fenómeno se convirtió en uno de los pilares fundamentales de la teoría del Big Bang (de la que hablaba en esta otra entrada) pero, además, un astrónomo llamado Edwin Hubble descubrió un detalle aún más interesante en 1929: las galaxias no sólo se están alejando, sino que encima lo hacen a mayor velocidad cuanto más lejos están de nosotros.

Esta es la llamada Ley de Hubble y refleja el hecho de que la velocidad de recesión de las galaxias aumenta en 70 km/s por cada 3,26 millones de años luz que nos separan de ellas. Teniendo en cuenta lo enormes que son las distancias cósmicas, no es de extrañar que las galaxias más lejanas, que están a miles de millones de años luz, se alejen de nosotros a velocidades abrumadoras.

Velocidad de recesión de varias galaxias según su distancia. Gráfico obtenido con datos del telescopio espacial Hubble. (Fuente)

Por ejemplo, en el gráfico superior podéis ver que las galaxias más cercanas (los puntos de la izquierda) tienen velocidades de recesión de unos pocos miles de kilómetros por segundo (km/s), mientras que las más extremas (a la derecha), que están a una distancia de 1.600 millones de años luz, se alejan a casi 30.000 km/s o, lo que es lo mismo, un 10% de la velocidad de la luz.

Aun así, aunque esta cifra pueda dar vértigo, hay galaxias tan distantes que no sólo se alejan de nosotros a la velocidad de la luz, sino que incluso la superan. De hecho, de momento el récord se lo lleva GN-z11, una galaxia que se aleja de nosotros a una velocidad 2,3 veces superior a la de la luz.

¿Ves? ¿Por qué se mueve tan rápido? ¿Qué fuente de energía infinita está utilizando? ¿Es cosa de los extraterrestres? ¡Esto no hay por dónde cogerlo!

Calma, calma, voz cursiva. Intentemos aclararlo.

Mucha gente piensa que el universo se está expandiendo porque, hace 13.800 millones de años, una gigantesca explosión lanzó un al espacio un montón de material que se ha estado desparramando por el cosmos desde entonces, alejándose de un punto central y evolucionando hasta convertirse en las galaxias que vemos hoy en día.

Pero esta idea es incorrecta: primero, porque el Big Bang no fue una explosión, sino un proceso de inflación y, segundo, porque no sólo dio lugar a la materia que vemos hoy en día, sino también al espacio en la que se encuentra. Y es el espacio, no la materia, el motor que impulsa el crecimiento del universo: el propio espacio es lo que se ha estado hinchando durante 13.800 millones de años, arrastrando consigo la materia que contiene.

O sea, que la materia no es la causa de la expansión del universo, sino que simplemente se deja llevar por el espacio mientras éste se expande. Y aquí viene la parte importante de la entrada de hoy: aunque la materia no puede alcanzar la velocidad de la luz, no hay nada que impida que el espacio se estire a velocidades iguales a la de la luz o incluso superiores.  Por tanto, las galaxias lejanas que se están moviendo a una velocidad superior a la de la luz no incumplen ninguna ley física, porque ellas mismas no se mueven, sino que el espacio que las separa las empuja mientras crece.

Si esta ilustración no os ha sido demasiado útil, a una escala mayor, la expansión del universo tiene más o menos esta pinta:

Técnicamente, la pregunta de Roberto ya estaría respondida: como el espacio en sí mismo no está sometido a las mismas limitaciones que la materia, su expansión ha podido alejar las galaxias más remotas de nosotros a velocidades superiores a la de la luz durante los 13.800 millones de años que han pasado desde el Big Bang, permitiendo que el universo observable alcance su radio actual de unos 46.500 millones de años luz.

Bueno, sí, técnicamente ya has hecho tu trabajo, pero a mí aún me quedan muchas preguntas. Por ejemplo, ¿Cómo podemos ver esas galaxias que se alejan a una velocidad superior a la de la luz? ¿Y qué es eso del universo “observable”? ¿Acaso hay una parte del universo que no podemos observar?

A ese tipo de cosas me refería, voz cursiva. Pero, aunque me sabe muy mal hacer esto, tendré que abordar esas cuestiones en la siguiente entrada porque me he dado cuenta de que el texto se estaba alargando demasiado (que ya es decir en este blog).

¡¿Qué?! ¡¿Pero si para cuando la escribas ya me habré olvidado de lo que acabo de leer?!

No te preocupes, que no tardaré en publicarla porque tengo el artículo prácticamente terminado. Mientras tanto, te ofrezco una serie de opciones que te podrían ayudar a matar el gusanillo de la divulgación.

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