¿Cuáles son los límites de nuestro universo?
Es posible que el universo sea infinito, pero
existen bordes que nunca podremos cruzar y lugares que nunca podremos alcanzar,
aunque logremos movernos a la velocidad de la luz
Durante la década de 1920 existía un acalorado
debate entre los astrónomos acerca del tamaño del universo y de la naturaleza
de las llamadas nebulosas, objetos difusos de los que existían varios miles
catalogados. Algunos científicos defendían que eran objetos gaseosos situados dentro
de nuestra galaxia y que esta era todo el universo, mientras que otros
defendían que eran sistemas estelares similares a la Vía Láctea, “universos
islas”, que se veían difusos por su lejanía. El debate se zanjó gracias a Edwin
Hubble que, usando la relación obtenida por Henrietta Swan Leavitt, midió la
distancia a la nebulosa de Andrómeda, la única visible a simple vista desde el
hemisferio norte. El valor obtenido por Hubble era mucho mayor que el tamaño de
la Vía Láctea, lo que demostraba la existencia de otras galaxias y aumentaba,
de manera dramática, el tamaño del universo.
Es común referirse a distancias astronómicas en años
luz. Un año luz es la distancia que la luz recorre en un año, aproximadamente
9.000.000 millones de kilómetros. El diámetro de la Vía Láctea es de 900.000
billones de kilómetros y la distancia a Andrómeda de 22.500.000 billones de
kilómetros. Estas distancias son enormes, a pesar de que Andrómeda es parte del
grupo de galaxias que llamamos el grupo local, es decir, nuestro vecindario. Lo
cierto es que el universo es tan grande que no podemos verlo en su totalidad,
porque en sus 13.800 millones de años de vida, hay regiones cuya luz no ha tenido
tiempo de llegar hasta nosotros.
El universo que sí podemos ver, el universo
conocido, es una esfera cuyo radio marca la distancia entre las regiones que
emitieron la radiación que hoy observamos como radiación de fondo cósmico de
microondas y nuestro planeta. Si el universo fuera estático, esta frontera, lo
que llamamos horizonte de partículas, estaría a 13.800 millones de años luz.
Sin embargo, se encuentra a una distancia mucho mayor, 46.000 millones de años
luz.
La razón es que el universo se está expandiendo,
algo que también nos mostró Hubble en el artículo Relación entre distancia y
velocidad radial en las nebulosas extragalácticas, publicado en 1929. El
título, desde luego, no es nada sugerente para las implicaciones cosmológicas
del resultado, pero sí es informativo. Hubble había medido cuidadosamente las
velocidades y distancias de una muestra de galaxias, mostrando que estas se
alejan de nosotros en todas las direcciones y que lo hacen más rápido cuanto
más lejos están. Hubble fue muy cauto en sus conclusiones, pero las
implicaciones eran claras. Hacía tan solo cinco años que el trabajo de este
científico había expandido de manera dramática el tamaño del universo y ahora
expandía el universo en sí.
Para ilustrar como el resultado implica un universo
en expansión, se suele usar el ejemplo de un bizcocho con nueces. Cuando lo
metemos en el horno y empieza a crecer, todas las nueces ven al resto alejarse.
Cuando el bizcocho dobla su tamaño, dos nueces separadas inicialmente un
centímetro estarán a dos de distancia, mientras que las que estaban separadas
tres, estarán separadas seis. Es decir, durante el mismo tiempo, la distancia
entre las nueces más lejanas habrá aumentado tres veces más que la distancia
entre las más cercanas, es decir, se habrán alejado tres veces más rápido.
La radiación de fondo fue emitida en las primeras
etapas del universo, pero su luz ha estado viajando por un universo en
expansión unos 13.800 años hasta poder, finalmente, alcanzarnos. Sin embargo,
esas regiones han seguido alejándose durante todo este tiempo y las manchas que
vemos en la radiación de fondo han evolucionado para convertirse en galaxias y
grupos de galaxias similares a las que nos rodean. Si pudiéramos detener la
expansión del universo en este instante, necesitaríamos 46.000 millones de años
más para que la luz de estas galaxias pudiera alcanzarnos. Sin embargo, no
podemos detener la expansión del universo, y nunca podremos ver las galaxias en
las que se han convertido estas manchas que vemos en la radiación de fondo, no
importa cuanto tiempo esperemos. Esto es debido a que estas regiones se alejan
de nosotros a velocidades mayores que las de la luz, por lo que la luz, por
mucho que se esfuerce, nunca podrá cubrir la distancia que las separa de
nosotros. En este sentido, el horizonte de partículas, el universo conocido,
marca el límite visible del pasado del universo, pero no el universo con el que
podemos interaccionar.
Hace apenas unos días veíamos, en imágenes obtenidas
con el James Webb Space Telescope, galaxias cuya luz pudo haber sido emitida
hace 13.500 millones de años. Galaxias recién formadas, habitando un universo
bebé de apenas 300.000 años de edad. Estas imágenes son, de alguna manera,
imágenes de galaxias fantasma, que ahora mismo están en una región del universo
con la que nunca podremos interactuar, ¿podemos decir entonces que forman parte
de nuestro universo?
Definamos entonces el límite del universo con el que
podemos interaccionar. Dentro de este límite, y siempre que dispongamos de
tiempo suficiente, todavía podemos recibir la luz que las galaxias emiten
ahora. Esta es la región del universo cuya velocidad de expansión está por
debajo de la velocidad de la luz y su frontera se encuentra a 16.000 millones
de años luz. Esta frontera se denomina horizonte de sucesos, por analogía con
el horizonte de eventos de un agujero negro y marca el límite del universo con
el cual podemos intercambiar información.
La triste noticia es que si los modelos más
aceptados del universo son correctos, el número de galaxias que podremos ver en
el futuro se irá reduciendo, hasta que llegue un momento en el que todo
desaparezca de nuestra vista. Bueno, quizá no todo, porque no todas las
regiones del universo se están expandiendo. Al igual que las nueces de nuestro
bizcocho, las galaxias no se expanden, ni la tierra, ni los árboles, ni
nosotros. El grupo local en el que nos encontramos no se está expandiendo y, de
hecho, la galaxia de Andrómeda se está acercando a nosotros atraída por la
gravedad. Sin embargo, esta gravedad hará que todas las galaxias que no se
alejan, se acaban acercando más y más, hasta fusionarse en una sola, que será
la única que podrán observar los astrónomos que la habiten. Ellos no podrán
medir las velocidades o las distancias de otras galaxias para saber que el
universo se expande y, lo más probable es que vuelvan a pensar, como los
astrónomos del siglo XIX, que el universo consiste en una única galaxia, la
suya.
Patricia
Sánchez Blázquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid
(UCM)
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