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Cosmología

Particle Physics and Astronomy Research Council

Royal Greenwich Observatory
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Cuaderno de Información No. 32: 'Cosmología'


El Universo:

A través de un estudio de los movimientos de las galaxias, puede deducirse que todas se están alejando unas de otras. Es simple deducir a partir de esto, que en algún momento en el pasado deben haber estado mucho más juntas de lo que están ahora.
La cosmología es el estudio del origen y desarrollo del universo, y la teoría más popular actualmente es la del 'Big Bang'. Ésta teoriza que hace cerca de 20.000 millones de años, toda la materia y el espacio que hacen el universo, estaban concentrados en un volumen muy pequeño.
La teoría dice que el universo comenzó a existir como un volumen extremadamente pequeño lleno de energía, lo que dio al universo una temperatura muy alta. Al expandirse el universo, las partículas atómicas fundamentales se formaron en una mezcla dominada por el hidrógeno, con algo de helio, y casi nada más.

Algunos de los mayores problemas actuales en astrofísica, surgen de la consideración de cómo se formaron las galaxias, y cuál es la naturaleza de la masa del universo (sólo podemos identificar 10 por ciento de lo que debe estar allí).

El estudio del universo primitivo es posible debido a que la velocidad de la luz es finita.
Al mirar las galaxias a muchos millones de años-luz de distancia, las vemos como eran cuando la luz salió de ellas -- hace muchos millones de años. Estos objetos remotos son, por supuesto, muy tenues, y esa es la razón por la que los astrónomos siempre están queriendo usar telescopios más grandes, y detectores más eficientes, para poder medir más atrás en el tiempo.


La evidencia del Big Bang:

Hasta muy entrado este siglo, los astrónomos no sabían que la Vía Láctea era una galaxia, y que los 'universos-islas' visibles a través de los más grandes telescopios eran galaxias, sistemas de muchas, muchas estrellas agrupadas como en la Vía Láctea.

Hubble hizo el descubrimiento fundamental que demostró esto.
Él demostró, a partir del espectro de las galaxias, que la velocidad de recesión aumentaba con la distancia. Lo que se deduce a partir de esto, es que el espacio se está expandiendo, y pronto se apreció que la Vía Láctea era sólo una, de una gran cantidad de galaxias, y que ella, como el Sol, no ocupaba un lugar especial en el sistema de galaxias.

A partir de la observación de galaxias en longitudes onda ópticas, no era posible encontrar efectos evolutivos, y así la hipótesis de que el universo estaba en un estado estacionario era plausible. Con el advenimiento de los grandes radiotelescopios, se encontró que había muchas más tenues radio-galaxias de lo que cabría suponer en un universo en estado estacionario. De hecho, se demostró que era probable que todas las galaxias se hubieran originado en un volumen muy pequeño -- el Big Bang.

Esta teoría recibió estímulo cuando una radiación a 3 grados Kelvin, la radiación de fondo de microondas, fue descubierta viniendo de todas las direcciones del espacio. Esta radiación se predijo que era un remanente de tiempos muy primitivos en la edad del universo, antes de que se formara la materia, cuando el universo estaba todavía lleno con radiación caliente. La radiación era isotrópica, y correspondía a la radiación corrida hacia el rojo del Big Bang.


Predicciones a partir del Big Bang:

El análisis teórico del Big Bang ha tenido varios éxitos en la predicción de las propiedades del universo resultante. El mayor de ellos es la predicción de la abundancia relativa de los elementos y sus ratas isotópicas. Cuando las más antiguas estrellas, cuyos materiales han sido los menos alterados por la acumulación de materiales procesados en los centros de anteriores generaciones de estrellas, son investigadas, se ha demostrado que sus ratas de abundancia están en excelente acuerdo con las predichas.

Sin embargo, hay problemas con la teoría. Uno de ellos, es que la misma naturaleza isotrópica del fondo de microondas, indica que las etapas primitivas del universo fueron completamente uniformes. Cuando miramos el universo actual, vemos desuniformidades a todo nivel. Nosotros mismos somos ejemplos de agregados de masa, como lo son las estrellas, las galaxias, y las agrupaciones de galaxias en cúmulos y cuerdas. El enigma de cómo esta naturaleza no isotrópica pudo surgir de un universo primitivo isotrópico fue, hasta un punto, aliviado por el descubrimiento del satélite COBE, de que hay pequeñas variaciones en la temperatura de la radiación de microondas, indicando alguna falta de homogeneidad en un tiempo muy primitivo en la edad del universo.

La expansión del universo a partir del Big Bang, es fuertemente dependiente de la masa del universo. Hay un valor crítico que indicaría que el universo se expandirá durante un largo tiempo, gradualmente frenando, y entonces alcanzaría un estado estacionario. Una masa inferior a este valor, significaría que el universo continuará expandiéndose para siempre, mientras que un valor mayor significaría que el universo se expandirá hasta un tamaño máximo, y entonces comenzará a contraerse, eventualmente regresando a un muy pequeño volumen.
Los astrónomos piensan, que la masa del universo es igual a este valor crítico, pero sólo podemos 'ver' un décimo de la materia necesaria para alcanzar este valor. La misma discrepancia es vista en la atracción gravitatoria de las galaxias individuales, y en la de los cúmulos de galaxias. La masa parece estar allí, pero no podemos identificarla. Esto es el llamado 'problema de la masa faltante'.


La 'Forma' del Universo:

Uno de los conceptos más difíciles de aceptar, es que el universo es todo lo que hay. No sólo toda la materia y energía, sino también todas las dimensiones. No hay un 'afuera' del universo, y no tiene un 'borde'.

Cuando pensamos en el Big Bang, intuitivamente pensamos en un pequeño universo expandiéndose como una esfera en un espacio vacío. Desgraciadamente, esto es incorrecto.
Las dimensiones que usamos comúnmente, tres espaciales, y un tiempo, están todas mezcladas en cuanto concierne al universo primitivo, y nuestros conceptos normales del tiempo y el espacio no son válidos.

La única forma en que esto puede ser parcialmente comprendido, es considerando la analogía bidimensional de la superficie de un globo que está siendo inflado. La superficie es continua en todo lugar, no tiene borde, y sin embargo se expande. La analogía tridimensional (cuya compresión escapa al autor!) representaría al universo.


Producido por el Departamento de Servicios de Información del Royal Greenwich Observatory.

PJA Miércoles Abril 17 13:14:13 GMT 1996

webman@mail.ast.cam.ac.uk



Notas de ARVAL:
Actualmente (2010) podemos estimar la edad del universo hasta cerca del 1%: 13.700 ± 0,13 millones de años.
Ver WMAP - Age of the Universe (NASA)

En el 2013 podemos estimar la edad del universo en cerca de 13.800 millones de años.
Ver Misión Planck Muestra el Universo en Foco Nítido (ESA-NASA) en ARVAL



Actualizada: Agosto 23 '97, Julio 19 '10

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