Universo observable

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Ilustración del universo observable con el Sistema Solar en el centro, los planetas interiores, el cinturón de Asteroides, los planetas exteriores, el cinturón de Kuiper, la nube de Oort, Alfa Centauri, el brazo de Perseo, la Via Láctea, Andrómeda y las galaxias cercanas, la telaraña cósmica de cúmulos galácticos, la radiación de fondo de microondas y el Big Bang en el borde.

El universo observable u horizonte del universo constituye la parte detectable (teóricamente) de lo generado en el Big Bang (en nuestro Big Bang). A todo lo generado en el Big Bang se le suele llamar "Universo total". A la parte del "Universo total" que nos ha podido afectar (causa-efecto de leyes físicas conocidas) en los 13.700 millones de años de su existencia lo llamamos "Universo observable". Se desconoce el tamaño del "Universo total". Es decir; se desconoce el tamaño de lo generado en nuestro Big Bang. También se desconoce si existieron, existen o existirán otras cosas aparte de lo generado en nuestro Big Bang. El ser humano sólo conoce una parte de lo generado en su Big Bang. Esa parte es el "Universo observable".


Se suele hablar de "observable" como sinónimo de "detectable", y "visible" como sinónimo de "luz detectable (ondas electromagnéticas detectables)". Las ondas gravitatorias generadas tras el Big Bang (y los neutrinos posteriores) que pudiéramos ahora detectar (en teoría) marcarían el límite del "Universo observable (detectable)". La primera luz, que 380.000 años después del Big Bang ya pudo viajar libremente en el espacio y que detectamos ahora como radiación de fondo de microondas, marca el límite del "Universo visible". Todos los puntos del "universo total" emitieron esa "primera luz" (principalmente luz roja) a los 380.000 años de edad del universo. En realidad se emitieron todas las frecuencias que emitiría un cuerpo negro a una temperatura de 3000 K, que era la temperatura a la que estaba la "sopa" reinante( plasma formado por protones, neutrones y electrones) a los 380.000 años de edad del universo. A la Tierra ha ido llegando paulatinamente esa radiación, con frecuencias cada vez menores, procedente de puntos cada vez más alejados de La Tierra (debido a la expansión del unvierso y a que la luz ha estado cada vez más tiempo viajando al proceder de puntos cada vez más alejados) . Actualmente, desde puntos alejados de la Tierra tanto como el radio del "universo visible" (puntos que forman la llamada "Superficie de último Scattering") nos llegan ya microondas. En realidad llegan todas las frecuencias que emitiría un cuerpo negro a una temperatura de 2,7 K, que principalmente son microondas. Llegan desde todas direcciones pero la radiación que recibimos ahora no procede de todos los puntos del espacio. Procede sólo de los puntos de la "superficie de último Scattering", que coincide con la esfera que nos envuelve cuyo radio es igual al radio del "Unvierso visible".


En mucha bibliografía sí se distingue entre estos dos vocablos (observable y visible). La diferencia entre estos dos límites es una distancia que ronda los mil millones de años luz, que es la diferencia entre el radio del "Universo observable" y el radio del "Universo visible".


El Universo observable parece tener un espacio-tiempo geométricamente plano. Es decir; la densidad de energía, a gran escala, es tal que la expansión del espacio no desvíará dos rayos de luz paralelos. Los rayos de luz ni convergerán ni divergerán. Evidentemenre, en presencia de campos gravitatorios locales, presencia de materia, etc., no permanecerán paralelos. El ser plano (paralelos), hiperbólico (divergen) o esférico (convergen) son adjetivos aplicables a un universo a gran escala. Es decir; a un universo con una distribución homogénea e isótropa de energía/materia.


El Universo observable tiene un radio de 1,37 x 1026 m, un volumen de 1,09 x 1079 m3 y una masa de 9,27 x 1052 kg, por lo que la densidad masa-energía equivalente es de 8,46 x 10-27 kg/m3. La densidad media de sus constituyentes primarios es de un 68,3 % de energía oscura, un 26,8 % de materia oscura fría y un 4,9% de materia ordinaria, según datos recogidos por la sonda Planck. Así, la densidad de los átomos está en el orden del núcleo de hidrógeno sencillo para cada cuatro metros cúbicos.[1] La naturaleza de la energía oscura y la materia oscura fría sigue siendo un misterio. Aunque se han propuesto diferentes candidatos para ambas cosas (como partículas y fuerzas ya existentes o nuevas, o modificaciones de la relatividad general) no existe confirmación experimental sobre ninguna de las propuestas.

El Universo observable (y el visible), que consiste en todas las localizaciones que podían habernos afectado desde el Big Bang dada la velocidad de la luz finita, es ciertamente finito. La distancia comóvil al extremo del Universo observable es de unos 46.500 millones de años luz en todas las direcciones desde la Tierra (el radio del universo visible se estima en unos 45.700 millones de años luz), así el Universo observable se puede considerar como una esfera perfecta con la Tierra en el centro y un diámetro de unos 93.000 millones de años luz/880.000 trillones de km (5.865 billones UA).[2] Hay que notar que muchas fuentes han publicado una amplia variedad de cifras incorrectas para el tamaño del Universo observable, desde 13.700 hasta 180.000 millones de años luz. Aunque la edad del universo sea de 13.700 millones de años, la expansión ha hecho que el universo más lejano observable se encuentre ahora alejado de nosotros mucho más que esa distancia (13.700 millones de años luz). Está a más de tres veces esa distancia a pesar de haber estado viajando su luz (o sus neutrinos o sus ondas gravitatorias) sólo durante 13.700 millones de años (1,37x10^10 años). A modo de símil, si empiezas a caminar a una velocidad de 1 metro/segundo encima de una cinta transportadora de pasajeros como las que hay en los aeropuertos, después de 1 segundo te encontrará a una distancia mayor de 1 metro. Tú eres la luz. La cinta transportadora es la expansión del universo. La energía que mueve la cinta transportadora es la energía oscura (de naturaleza desconocida). El propio Einstein dijo que nada puede viajar encima de la cinta transportadora a mayor velocidad que la luz, pero la propia cinta puede moverse a cualquier velocidad. En realidad el símil perfecto es una cinta transportadora en la que aparecen peldaños entre cada dos de ellos constantemente, de forma que dos personas que permanezcan paradas en el cinta transportadora también se separan entre sí.´

Bajo una suposición de un Universo homogéneo e isótropo (a gran escala) en expansión, cuya física viene descrita por las Ecuaciones de Friedmann, el universo se expande a un ritmo cada vez menor. Ese ritmo lo marca el llamado "Factor de Escala comológico". En realidad debiera llamarse "Factor de escala entre los dos momentos elegidos", pues indica cuánto ha crecido cualquier distancia en el transcurso de tiempo entre los dos momentos elegidos de la historia del universo (o del futuro). Bajo dicha suposición, el Factor de Escala (obtenido de las ecuaciones de Friedmann), que suele representarse ocn la letra "a" viene descrito con la fórmula matemática: a(entre t1 y t2) = (t2 / t1)^(2/3). Tanto t1 como t2 son tiempos transcurridos desde el Big Bang. Por ejemplo: ¿Cuánto ha crecido la distancia "8 Km" desde el año 13.600 millones hasta el año 13.700 millones? Es decir; ¿cuánto ha crecido la distancia 8 Km en los últimos 100 millones de años?. Respuesta: la nueva distancia es = 8 * (13.700.000.000 / 13.600.000.000)^(2/3). Bajo las suposiciones de Friedmann el radio actual del Universo Observable es igual a 3 veces lo que avanzaría la luz sin expansión (en realidad es lo que avanzaría la "casua-efecto", no hace falta que sea luz) en los 13.700 millones de años de edad del universo. Es decri; Radio = 3*c*t, donde "c" es la velocidad de la luz, y "t" es la edad del universo. Una forma de ver que esta afirmación es cierta es resolver las ecuaciones de Friedmann. Otra forma mucho más simple es hacer una aproximación, consistente en aplicar recurrentemente el ejemplo anterior de 1.000 años en 1.000 años, por ejemplo. Así se llega a la cifra final de unos 41.000 millones de años luz de radio. Calcula primero lo que avanza la luz en los primeros 1.000 años en un univrso sin expansión. Avanza c*t. Suponemos que este es el radio del universo observable en el año 1.000 (el Big Bang es el año cero). A partir de aquí supones que el universo se expande al ritmo a = (t2 / t1)^(2/3). Es decir, entre el año 1.000 y el año 2.000 la luz avanza c*t pero debido a la expansión del universo esa distancia ha crecido, siendo en realidad c*t*(2.000/1.000)^(2/3), donde t = 1.000 años. Es decri; la luz está a una distancia mayor que c*t. Lo sumas al radio anterior y ya tienes el radio del universo obserbable en el año 2.000 después del Big Bang. Entre el año 2.000 y el año 3.000 la luz avanza c*t pero debido a la expansión del universo esa distancia ha crecido, siendo en realidad c*t*(3.000/2.000)^(2/3), donde t = 1.000 años. Lo sumas al radio anterior y ya tienes el radio del universo observable en el año 3.000. Entre el año 3.000 y el año 4.000 la luz ha avanzado c*t*(4.000/3.000)^(2/3), donde t = 1.000 años. Lo sumas al radio anterior y ya tienes el radio del universo observable en el año 4.000. Entre el año 4.000 y el año 5.000 la luz ha avanzado c*t*(5.000/4.000)^(2/3), donde t = 1.000 años. Lo sumas al radio anterior y ya tienes el radio del universo observable en el año 5.000. Si continuas así 13 millones de veces (es recomendable usar un programa de ordenador (computadora) que use variables numéricas de gran precisión generando un bucle sobre la misma fórmula matemática aumentando el "paso" del bucle de 1.000 en 1.000) llegarás a estimar el radio del universo en el año 13.700 millones. Es decir, habrás calculado (de forma aproximada) el radio del universo observable actual (bajo las suposiciones de Friedmann).

El radio más comúnmente aceptado hoy (unos 46.000 millones de años luz) es mayor que 3*c*t (el "Radio de Friedmann"), y mayor que el de la aproximación anterior, porque la Cosmología actual aplica un "Factor de Escala" que tiene en cuenta que el universo ahora se está expandiendo de forma acelerada. No sigue la fórmula anterior (t2/t1)^(2/3), sino que sigue una fórmula exponencial. Em vez de ir frenandose (el exponente de "t" es menor que uno) el ritmo de expansión está acelerándose.


Radiación de fondo de microondas, que abarca toda la bóveda celeste, fue captado por el WMAP y consiste en la observación más lejana que se pueda hacer del universo.
Imagen(las magnitudes en la imagen deben desplazar el punto decimal una posición a la izquierda) que explica la diferencia sobre el dato de la edad del universo (1.37×1010 años luz) en comparación a la estimación sobre el radio actual del universo observable (4.65×1010 años luz).[2] La explicación de tal sería que al mirar la radiación de fondo y las galaxias más lejanas se observa el pasado con una mayor densidad de materia por centímetro cúbico del universo.

Curiosidades[editar]

Universo a escala

La Tierra es una esfera que mide en el ecuador 12.756 km y el Sol mide 1.400.000 km. Si al Sol le asignamos el tamaño de una canica de 7 cm en el ecuador, la Tierra será de 0,06 cm, como un grano de arena.

Ahora, manteniendo la escala anterior, la distancia desde el Sol:

La luz recorre 299.792,458 km/s, en esa misma escala son 1,5151 cm. Eso quiere decir que en 1.000.000 km/3,3 s serían 5 cm y 100.000.000 km serían 5 m .

Notas y referencias[editar]

  1. Gary Hinshaw (10 de Febrero de 2006). NASA WMAP (ed.): «What is the Universe Made Of?». Consultado el 1 de marzo de 2007.
  2. a b Lineweaver, Charles; Tamara M. Davis (2005). Scientific American (ed.): «Misconceptions about the Big Bang» (en inglés). Consultado el 5 de marzo de 2007.

Véase también[editar]

Enlaces externos[editar]