¿Qué forma tiene el Universo?

El Universo es plano, si como lees, pero decir que es plano y dejarlo ahí no es suficiente, hay que explicarlo un poco, agárrate en un universo plano que vamos a explicarlo. De acuerdo con la teoría de la Relatividad General de Einstein, el espacio se curva con la masa. Como resultado de esto, la densidad del universo (cuánta masa se ha extendido sobre su volumen) determinará su forma.

Los astrofísicos han calculado la «densidad crítica» del universo. La densidad crítica es proporcional al cuadrado de la constante de Hubble, que se usa para medir la tasa de expansión del universo. Os explico qué es la constante de Hubble (H):

Según la ley pronosticada por la teoría de Fridman y demostrada por Hubble en sus observaciones, las galaxias se alejan de nosotros a velocidades v proporcionales a las distancias d hasta ellas, conforme más alejadas están mayor es el valor de la velocidad, para las galaxias próximas se demuestra que: v = H d donde H es el coeficiente de proporcionalidad (constante de Hubble) que se determina a partir de observaciones.

Esta ley  muestra que no hay observadores privilegiados en el Universo. A causa del efecto Doppler, el alejamiento de las galaxias provoca el desplazamiento de sus lineas de emisión hacia el lado rojo del espectro. La dependencia del corrimiento al rojo z (desplazamiento de la frecuencia en el espectro electromagnético) de la velocidad de alejamiento v se expresa mediante la siguiente formula:

z = v/c     (c es la velocidad de la luz)

Sí en esa formula introducimos la ley de Hubble, obtenemos la formula básica que se utiliza para determinar las distancias hasta las galaxias y cúmulos estelares!:

 z = Hd / c

Seguimos hablando de la forma del Universo… La comparación de la densidad crítica con la densidad real puede ayudar a los científicos a comprender el cosmos. Si la densidad real del universo es menor que la densidad crítica, entonces no hay suficiente materia para detener la expansión del universo, y se expandirá para siempre. La forma resultante es curva como la superficie de una silla de montar, esto se conoce como un universo abierto.

universo forma

Diferentes formas del Universo según su densidad. Créditos: Crédito: NASA / WMAP Science team.

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Si la densidad real del universo es mayor que la densidad crítica, entonces contiene suficiente masa para detener su expansión. En este caso, el universo es cerrado y finito, aunque no tiene fin, y tiene una forma esférica. Una vez que el universo deja de expandirse, comenzará a contraerse. Las galaxias dejarán de retroceder y comenzarán a acercarse cada vez más. Eventualmente, el universo sufrirá lo opuesto al Big Bang, el llamado «Big Crunch, esto se conoce como un universo cerrado

Sin embargo, si el universo contiene aproximadamente la masa suficiente para detener la expansión, la densidad real del universo será igual a la densidad crítica. La velocidad de expansión disminuirá gradualmente, durante un tiempo infinito. En tal caso, el universo se considera plano e infinito en tamaño.

Las mediciones indican que el universo es plano, lo que sugiere que también es de tamaño infinito, pero no podemos ver todo el Universo, la velocidad de la luz nos limita ver el volumen del universo visible desde el Big Bang; Debido a que el universo tiene aproximadamente 13.800 millones de años, solo puedemo ver 13.800 millones de años luz de la Tierra, es decir solo puedemos ver el Universo observable desde nuestra posición. 

Pero vivimos en un mundo en tres dimensiones, ¿cómo puedo imaginarme un Universo plano?,  cuando decimos que el universo es plano no es en el mismo sentido en que por ejemplo un trozo de papel es plano, sino que significa que la geometría del universo es tal que las líneas paralelas nunca se cruzarán. Es decir dos fotones de luz nunca se cruzarían, por ejemplo si fuera esférico y lanzara un fotón desde cada lado de la esfera se terminarán cruzando en uno de los polos de la esfera, en nuestro universo todo viene de forma paralela, por tanto el Universo es plano por el comportamiento de la luz en el espacio.

Por tanto el Universo es plano y además se está acelerando, antes hemos dicho que el ser plano e infinito implica una desaceleracion pero… la expansión no se está frenando…  se está acelerando esto es debido a la energía oscura… pero eso será otra historia en otra entrada 🙂

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¿Quieres viajar al pasado? observa las estrellas

Cuando observamos las maravillosas estrellas estamos observando en directo objetos celestes a decenas, centenares y miles de años luz, estamos viajando en el tiempo en milésimas de segundo. ¿No es esto maravilloso?. La luz viaja a una determinada velocidad (casi 300.000 km/s), por tanto le cuesta un determinado tiempo llegar hasta nosotros cuando esta muy lejos el objeto del cual proviene. La distancia que recorre en un año se la llama año luz, os lo explico mejor a continuación.

Las distancias en el espacio son enormes y es complicado darles un número con unidades que usamos en el día a día en la Tierra, como son los metros o kilómetros, el espacio entre estrellas es de millones o billones de kilómetros, y entre galaxias aun mucho mayor con lo que tenemos que buscar unidades que nos simplifiquen los ceros y no nos sea engorroso utilizarlas. Para el caso del sistema solar usamos la unidad astronómica (ua), que es la distancia media de la tierra al Sol, pero para lugares muy alejados del sistema solar usamos el año luz. Que se define de la siguiente forma:

Año luz: es la distancia que recorre la luz en el vacío en un año. Como la velocidad de la luz es de 299.792 km/s, y un año tiene 31536000 segundos (se considera el año juliano: 365.25 días), la luz recorre en un año: 9,46 × 10¹² km = 9 460 730 472 580,8 km a ese espectacular número lo llamamos un año luz.

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Para distancias en el sistema solar también podemos usar, aparte de la unidad astronómica, los segundos luz o minutos luz, así por ejemplo la distancia de la Tierra al Sol es de 8.31 minutos luz. Para distancias aun más lejanas sobretodo para estrella muy alejadas y galaxias se utiliza el Pársec, que equivale a 3.26 años luz, y para distancias mucho más lejanas el kilopársec o el megapársec.

Por ejemplo la estrella Vega en la constelación de Lyra se encuentra a 26 años luz lo que significa que envió su luz hace 26 años, estamos viajando en el tiempo 26 años. Pero aun podemos ver imágenes del pasado aun más lejanas,  por ejemplo la estrella Deneb en Cisne que está a 1500 años luz de nosotros….

Y sí saltamos nuestra galaxia y miramos a una de las más cercanas y de las que se puede observar a simple vista, en lugares alejados de la contaminación lumínica, nos encontramos que se halla a dos millones y medio de años luz… hablamos de la galaxia de Andrómeda (M31), estamos viajando en el tiempo millones de años.

Imagen de : http://www.starrywonders.com/m31finalcroplarge.jpg

También podemos además de viajar por el tiempo a simple vista, viajar por el tiempo y por el espacio usando un telescopio. Los telescopios nos hacen ver objetos lejanos en el espacio, objetos que están a determinados años luz, cuando vemos los objetos estamos viendo la luz que enviaron hace el número de años luz a los que se encuentren como hemos visto antes. Sí observamos la estrella Próxima Centuari que se encuentra a 4.2 años luz, vemos la luz que envió hace 4.2 años, sí nos remontamos aun más lejos a M13 (cúmulo de Hércules) que se encuentra a 25.000 años luz, viajamos en el tiempo 25.000 años!! y no os digo nada sí observamos galaxias… estas se encuentran a millones de años luz. Viajamos en el tiempo pero también viajamos en el espacio, el telescopio nos hace un aumento angular del objeto, con lo que nos “acerca” en el espacio a lo que estemos observando. Por tanto nuestro telescopio es una máquina del tiempo y del espacio :). 

Por tanto observar las estrellas además de ser muy relajante y un ejercicio muy recomendable nos hace darnos cuenta de lo pequeños que somos, de lo  lejanos que estamos de cualquier parte y de lo maravilloso que es contemplar el firmamento.

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