¿Sabías que el Universo se expande? ¿Alguna vez te has preguntado cómo y por qué sucede esto? Este artículo explora la expansión del Universo, un descubrimiento fundamental que ha revolucionado nuestra comprensión del Cosmos.
En 1912 el astrónomo estadounidense Vesto Melvin Slipher observó algo inusual mientras estudiaba objetos que, en esa época, se creía que eran nebulosas. Años después, se confirmó que eran en realidad galaxias. Slipher observó que la luz de estos objetos estaba “desplazada”, que no caía “donde debía”. Ahora sabemos que se debe a la expansión del Universo, de la cual hablaremos más adelante, pero hasta ese momento solo se sugería que las galaxias se estaban alejando de nosotros; sin embargo, no se tenía evidencia concluyente.
En 1922 Alexei Friedmann, un matemático ruso, presentó soluciones a las ecuaciones de campo de Albert Einstein, proponiendo un nuevo modelo en el que el Universo no era estacionario: esto implicaba que el Universo podría estarse expandiendo o contrayendo, dependiendo de la densidad de la materia y la energía contenida. Sin duda, esto fue de gran impacto para, años más tarde, formular la teoría del Big Bang.
Años después, el reconocido astrónomo estadounidense Edwin Hubble investigó por qué la mayoría de las galaxias parecían alejarse de nosotros. Junto con el astrónomo Milton Humason, determinaron las distancias a las galaxias lejanas para entender mejor este fenómeno. Hubble publicó un artículo en el que concluyó que, salvo por un “grupo local” de galaxias, todas las demás se estaban alejando de nosotros. Descubrió que había una relación entre la velocidad a la que se alejaba una galaxia y su distancia, lo que llevó al concepto de expansión del Universo y a la formulación de la ley que ahora lleva su nombre. Esta ley establece que el corrimiento al rojo de una galaxia es proporcional a su distancia; es decir, cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja.
La ley de Hubble y el desplazamiento al rojo están estrechamente relacionados. Los objetos en el espacio, como estrellas y galaxias, emiten luz en diferentes frecuencias o longitudes de onda; cada longitud de onda se asocia con un color. En específico, en el intervalo del espectro visible de la luz, las longitudes de onda más bajas o “cortas” se asocian al color azul, y las más altas o “largas” se asocian al rojo. El corrimiento o desplazamiento al rojo ocurre cuando la luz azul que emite un objeto, se observa en el rojo. Esto se nota muy claramente para los objetos más distantes y se puede explicar con el efecto Doppler, que ocurre cuando la fuente de luz se aleja del observador, similar a cómo el sonido de una sirena de ambulancia se vuelve más grave (de menor frecuencia) a medida que se aleja. Este desplazamiento al rojo afecta a todo el espectro electromagnético y es crucial para entender cómo se alejan los objetos en el Universo.
¿Qué es la expansión?
A pesar de saber que el Universo está en expansión, todavía es un misterio y para muchos resulta extraño. Es importante no confundir el término de “expansión” con “movimiento de las galaxias en el espacio”. Para entender un poco mejor el concepto de expansión del Universo, se puede tomar un globo e inflarlo solo un poco, tomar un marcador y representar las galaxias dibujando puntos sobre la superficie del globo. Terminando de representar las galaxias, se puede empezar por inflar el globo: se podrá apreciar que las “galaxias” se separan una de ellas, y cada vez más a medida que se infla el globo. Es así como se puede entender la expansión: se está “creando” o “fabricando” más espacio entre cada galaxia y todas las galaxias se separan entre sí. Sin embargo, hay una fuerza que las atrae también, la fuerza gravitacional. Así que, cuando las galaxias se encuentran a distancias realmente grandes, se alejan debido a la expansión del Universo; sin embargo, cuando se trata de distancias menores, como un cúmulo de galaxias; es decir, una agrupación de galaxias unidas por la gravedad, esta domina sobre la expansión.
Implicaciones de la expansión del Universo
Saber que nuestro Universo se está expandiendo nos hace preguntar cómo fue hace 13.8 mil millones de años; es decir, desde su origen, la formación de estrellas, galaxias y sistemas planetarios ¿Cómo y en qué estado se encontraban?
Georges Lemaître, un sacerdote y astrofísico belga, basándose en la termodinámica, desarrolló matemáticamente la idea de que el Universo estaba en expansión y propuso que el Universo se originó a partir de un estado extremadamente denso y caliente; es decir, que todo el Universo que vemos tuvo que estar concentrado en un lugar diminuto a lo que él lo llamó “átomo primigenio” y que se ha estado expandiendo desde su origen. Esta idea fue fundamental para la teoría que hoy conocemos como el Big Bang.
Ahora es aceptada la idea de que el Universo se expande, pero ¿ha sido constante la expansión desde su origen? Una teoría respaldada por muchos científicos, y evidencias, por supuesto, es la “Inflación Cósmica”, que nos dice que en los primeros instantes del origen del Universo sufrió una expansión exponencial, haciendo que en fracciones de segundos las distancias del Universo se ampliaron al menos un quintillón de veces. A este periodo del Universo se le llama también la “era inflacionaria”. Después de cierto momento la expansión se relajó y el Universo se empezó a enfriar, pues toda la energía se empezó a transferir por todos lados, siendo aquí el origen de todas las partículas del Universo.
Una energía invisible
Tratando de comprender la dinámica del Universo basándose en la teoría del Big Bang, se creía, años atrás, que la expansión del Universo tendría que estar frenando, esto debido a la atracción gravitacional, las ecuaciones de Friedmann y el propio modelo del Big Bang, pero era todo lo contrario, pues a finales de los 90 del siglo pasado se hizo otro descubrimiento. Midiendo distancias a objetos muy luminosos y lejanos, se encontró que la expansión, en lugar de frenar, se aceleraba desde que el Universo tenía más de la mitad de su edad actual. Este polémico hallazgo fue corroborado con diferentes métodos, entre ellos, el de los “Estallidos de Rayos Gamma”, en 2005. Aquí surgió otra gran pregunta: ¿Qué es lo que hace que la expansión, en lugar de frenar, se acelere? Los científicos, siguiendo las ecuaciones de Einstein, llegaron a la conclusión de que esto sería posible solo si existiera una energía extra, que aún no conocemos y a la cual se le ha llamado “energía oscura”. Esta energía, responsable de acelerar la expansión entre las galaxias, debería llamarse “energía invisible”, ya que no conocemos su naturaleza o cómo funciona exactamente.
Expandiendo nuestro conocimiento
El descubrimiento de la expansión del Universo ha sido un hito fundamental en la astrofísica. Este hallazgo no solo ha cambiado nuestra comprensión del cosmos, sino que también ha sentado las bases para teorías que exploran el origen, la evolución y el futuro del Universo. Desde la teoría del Big Bang hasta el concepto de energía oscura, cada avance ha profundizado nuestro conocimiento sobre cómo funciona el Universo y ha abierto nuevas preguntas sobre su destino. Aunque muchas de estas teorías aún están en desarrollo, el estudio de la expansión del Universo sigue siendo clave para desentrañar los misterios del cosmos y entender mejor el lugar en el que vivimos.
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Más información:
https://www.ngenespanol.com/el-espacio/por-que-el-universo-se-expande-esta-en-expansion/
https://www.nationalgeographic.com.es/ciencia/como-es-universo-importancia-distinguir-entre-materia-oscura-energia-oscura-y-expansion_22500
