martes, 14 de mayo de 2019

¿Cuánto mide el universo?




Desde hace mucho tiempo, ya nuestros antepasados se sintieron atraídos por los misterios del universo. Miraban hacia arriba y se preguntaban que qué eran esos puntitos blancos que parpadean en el cielo. Qué era la Luna y el Sol, las estrellas fugaces, o los cometas. Intentaban darle un sentido aunque no conocieran la verdad para satisfacer un poco esa necesidad de saber, mediante mitos, leyendas, dioses... En esa época era impensable ni siquiera empezar a imaginar lo que conocemos hoy en día sobre el universo.

Hemos pasado de pensar que vivimos en una superficie plana a saber que vivimos en una esfera que da vueltas sobre sí misma.
Creíamos que éramos el centro del Sistema Solar, con el Sol, la Luna y los planetas girando a nuestro alrededor, pero después descubrimos que en realidad esto no es así, sino que el Sol es el cuerpo celeste alrededor del cual giran el resto de planetas y nosotros solo somos uno de tantos.
Después averiguamos que en realidad nuestro Sistema Solar está formando parte de algo enorme llamado galaxia, donde hay millones de estrellas con millones de planetas, incluso planetas errantes. Y por si fuera poco -que no- tampoco somos el centro de la galaxia.

Y cuando el ser humano ya no se podía sentir más minúsculo descubrimos algo realmente impactante: resulta que nuestra galaxia tampoco es la única galaxia existente, sino que hay miles de millones de galaxias esparcidas por el universo que se alejan unas de otras a una velocidad impensable.

Aquí es donde nos empezamos a preguntar si realmente el universo tiene fin, y si es así, ¿cuánto mide? ¿Acaso es posible averiguarlo?

El tamaño del universo observable

Gracias a los telescopios podemos ver las estrellas y galaxias que nos rodean y hacernos una idea de la distancia a la que se encuentran. El universo observable es la parte del universo de la que tenemos constancia, la que hemos estudiado y observado. Pero en realidad, esto solo es una pequeña parte de lo que en realidad puede haber más allá.

Lo más lejano que podemos llegar a observar con un telescopio es una pequeña galaxia de un color rojo apagado. Se encuentra al mirar en el cúmulo de galaxias  MACS 1149-JD y aumentando la imagen unas 15 veces. Esta galaxia se encuentra a unos 13.300 millones de años luz de distancia, es de un tamaño pequeño y compacto, con una masa del 1% de la Vía Láctea y su edad se cree que puede ser algo menor a 200 millones de años. Más allá de esta galaxia no se ve nada.
Por cierto, hablo sobre ella en esta otra entrada, en la que hablamos sobre la expansión del universo.


Fuente:  NASA/ESA/STScI/JHU

Llegados a este punto podríais pensar “ok. O sea, que el universo tiene 13.300 millones de años más o menos. Asunto concluido”. Pero como suele pasar con estos temas, la respuesta no es tan sencilla. Estamos viendo algo que estaba ahí hace 13.300 millones de años, pero desde entonces el universo ha seguido expandiéndose. Según los cálculos, ese punto podría estar hoy en día a unos 46.000 millones de años luz de nosotros, y ese sería el radio del universo observable. De modo que el universo observable vendría a medir unos 92.000 millones de años luz de diámetro.

Esto sería así considerando que la expansión del universo sea constante, pero en el caso de que se expanda a una velocidad superior a la de la luz estaríamos ante un universo de un tamaño «un pelín» mayor (sarcasm mode: ON), unas 1023 veces más grande que el universo observable (esto es un uno seguido de veintitrés ceros).

Según recientes estudios la constante de Hubble parece no ser tan constante como aparentaba y el universo se expande un 9% más rápido de lo esperado. Según los hallazgos el universo parece expandirse a una velocidad de 74,03 kilómetros por segundo por megapársec (un megapársec equivale a unos 3.3 millones de años luz).
Traducido: lo que ocurre aquí es que cada 3.3 millones de años luz la velocidad parece aumentar en 74,03 km/s. Esta aceleración podría deberse a la energía oscura.

Pero volvamos al tamaño del universo:
Para responder esta incógnita sobre el tamaño real del universo los científicos utilizaron la inferencia bayesiana. No os asustéis. El nombre parece muy exótico, pero solo significa que a partir de esas premisas se derivan conclusiones estadísticas para averiguar cuál es la hipótesis más probable. Utilizando este método llegaron a la conclusión de que nuestro universo es al menos unas 250 veces mayor que el universo observable.

Qué forma tiene el universo

Pero además también hay que tener en cuenta la forma del universo. Y es que en cuanto a la forma, se cree que podría ser un universo cerrado, abierto o plano.
Fuente: © NASA/WMAP Science team

Universo cerrado y curvo: Sería una esfera y por lo tanto finito.
Universo abierto y curvo: Tendría una forma similar a una silla de montar o una patata pringle, y en este caso sería infinito.
Universo plano: como un plano Euclídeo, una superficie plana, como las que nos enseñaron en el colegio. En este caso el universo también sería infinito.

Una forma de entender como se puede averiguar esto, con un ejemplo de andar por casa, es dibujando un par de líneas paralelas a lo largo de la superficie. Si las líneas siguen paralelas a lo largo de la trayectoria estaríamos ante una superficie plana. Si se encuentran en algún punto entonces la superficie es esférica. Si las líneas paralelas tienden a alejarse entre sí entonces estaríamos ante una forma de «pringle».
Pues bien, los estudios que se han llevado a cabo parecen indicar que... 🥁 nuestro universo es plano, y por lo tanto sería infinito. Ahora bien, la cosa no acabaría aquí (no me matéis, ¡ya casi está!). Sabemos que es plano, pero no conocemos su topología. Me explico:

El universo es geométricamente plano, pero la topología puede decir si tiene forma de cilindro, de donut, etc. Esto puede sonar rarísimo, pero sí: un cilindro es topológicamente plano. Por ejemplo, si coges una hoja de papel, y puedes comprobar utilizando el método anterior, el de las líneas paralelas, que es plana. Después puedes pegar dos de sus lados y ya será un cilindro. En el caso de la hoja de papel estaríamos utilizando dos dimensiones, pero con tres dimensiones podrían dar lugar a muchísimas formas topológicas diferentes.

De todos modos, la topología de nuestro universo no es posible conocerla ni mediante la observación ni con la física, así que por ahora nos toca conformarnos con la idea de que es un universo plano, y ya está.
Así que en definitiva, todo parece indicar que nos encontramos en un universo infinito, plano y con una «forma» aún sin determinar.


Donut de NASA. Fotografía de Susanne Menden-Deuer



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