Por qué el Universo se expande

Con el apoyo de un investigador mexicano, te explicamos por qué el Universo se expande, cuáles son sus implicaciones y más detalles.

Después de años de estudio sobre el cosmos, sabemos una cosa: el Universo se expande. En primera instancia, parece increíble que algo tan inmenso siga aumentado sus dimensiones. Pero, ¿qué es lo que sucede exactamente y cuáles son las implicaciones de este fenómeno?

Para resolver este tipo de dudas, platicamos con el Dr. Vladimir Avila-Reese, investigador del Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). En una entrevista exclusiva con National Geographic en Español, esto fue lo que nos dijo.

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La historia del Universo que se expande

La historia del cómo se descubrió que el Universo se expande comenzó a principios del siglo pasado. Fue en 1912, cuando el astrónomo estadounidense, Vesto Slipher, reportó que la mayoría de unas misteriosas «nebulosas» que se estudiaron en esa época mostraban evidencia de que sus espectros se desplazan hacia el rojo. La radiación electromagnética emitida por una fuente se dirige a ese color si ésta se aleja, y al azul si se acerca. Es lo que se conoce como efecto Doppler.

Doce años después, en 1924, Edwin Hubble, uno de los astrónomos más reconocidos del siglo XX, resolvió que esas nebulosas eran en realidad galaxias. Es decir, conglomerados de cientos de millones de estrellas ligados por su propia gravedad a enormes distancias.

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Hubble y Milton Humason midieron las distancias entre esas galaxias que descubrieron y usaron los desplazamientos al rojo para calcular su velocidad de recesión con el efecto Doppler. De manera que, en 1929, llegaron a la conclusión de que las galaxias se alejan con una velocidad que es directamente proporcional a su distancia.

Lo anterior es lo que se conoció como ley de Hubble. Más recientemente, al nombre de la misma se le agregó el apellido de Georges Lemaître. La razón se debe a que este sacerdote y astrofísico belga llegó a conclusiones muy similares con menos datos.

Entonces, la que se conoce actualmente como ley de Hubble-Lemaître hace ver que todas las galaxias se alejan uniformemente unas de otras. A su vez, esto implica que el Universo, como un todo, se expande.

En las décadas subsecuentes, los astrónomos midieron las distancias, con mayor precisión, de miles de galaxias más alejadas que las de Hubble. Al tiempo, pudieron determinar la tasa actual en la que el Universo se expande.

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¿Por qué el Universo se expande?

El hecho de que el Universo se expande concordó muy bien con las predicciones que hizo el matemático, Alexei Friedmann, en 1922. Él resolvió las ecuaciones de campo de Einstein para el caso, siendo esto uno de los pilares de la teoría cosmológica del Big Bang.

Según esta teoría, el Universo no es estacionario, está en constante movimiento. Por las condiciones iniciales y por la composición material y energética que tiene el Universo observado, las ecuaciones de Friedmann indican que tiene que estar en expansión.

Las condiciones iniciales se dieron posiblemente en una época increíblemente corta, cuando el estado del Universo era el así llamado vacío cuántico. Este medio primitivo tiene la propiedad de ser repulsivo y muy inestable.

Surge entonces la materia, antimateria y radiación caliente del Big Bang que, con su gravedad, tienden a frenar la expansión desenfrenada de la llamada época inflacionaria. Desde entonces, de acuerdo al modelo cosmológico preferido, la tasa de expansión del Universo tendría que estar frenándose.

Sin embargo, hacia finales de los 90  del pasado siglo, sobrevino otro gran descubrimiento. Midiendo distancias a objetos muy luminosos y alejados, se encontró que la tasa de expansión pasó de frenarse a acelerarse desde que el Universo tenía más de la mitad de su edad actual. Este polémico hallazgo fue luego corroborado con diferentes métodos, entre ellos, el de los Estallidos de Rayos Gamma (2005), trabajo en el que nuestro especialista participó.

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Implicaciones

De acuerdo con el especialista, la expansión del Universo es algo que se logra medir solo a grandes escalas, más allá de las galaxias. «Dentro de ellas, que son sistemas autogravitantes, la expansión no tiene lugar. Mucho menos dentro del Sistema Solar”, explica Avila-Reese.

El hecho de que el Universo se expande, y con la tasa que se mide, implica que la teoría general de la relatividad de Einstein es apropiada para describir la dinámica del Universo, agrega el experto. Por otro lado, implica que en el pasado, el espacio era más comprimido y, por ende, la materia y radiación estaban en un estado más denso, caliente y energético. Todo ello tal y como se describe en la teoría del Big Bang.

Finalmente, el que las mediciones astronómicas más recientes muestren que la expansión del Universo pasó de frenarse a acelerarse implica que desde entonces empezó a dominar en la composición del Universo un medio repulsivo al que se le bautizó como energía oscura.

“Los misterios de la energía y la materia oscura son dos de las grandes preguntas actuales que tiene la ciencia, y en torno a la cuales muchos investigadores en todo el mundo estamos arduamente trabajando», concluye el especialista.

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