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La forma del Universo

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La vieja tradición hindú concebía al universo en forma de huevo. Algunos griegos lo vislumbraron como una isla en un vacío infinito. Aristóteles como una serie de esferas concéntricas. ¿Qué dice la ciencia contemporánea? ¿Cuál es la forma del universo?

A escala cosmológica sabemos que la materia está distribuida uniformemente, por lo tanto la geometría del universo sólo puede ser de tres tipos. La geometría esférica, con curvatura positiva, como la superficie de una esfera pero en tres dimensiones. La geometría hiperbólica que tiene curvatura negativa, como una silla de montar pero en tres dimensiones y la tercera, la geometría euclidiana con curvatura cero y que es la más simple, la geometría de nuestra intuición. En la geometría euclidiana la suma de los ángulos de un triángulo es 180 grados. En la esférica es mayor de 180 y en la hiperbólica es menor.

La fuerza de la gravedad es la fuerza que moldea y da forma al universo. La gravedad determina cuál es la forma del espacio. De acuerdo con la relatividad, la materia y su movimiento determinan la geometría del espacio. Las ecuaciones de la relatividad general establecen relaciones precisas entre la rapidez con la que se expande el universo, la concentración de materia-energía que tiene y la curvatura del espacio.

Teoría y observaciones son necesarias para conocer la curvatura del espacio. Si pudiéramos hallar en el universo un triángulo suficientemente grande y medir la suma de sus ángulos, pudiéramos conocer la curvatura. Afortunadamente la evolución del universo nos provee ese triángulo. Cuando el universo tenía 380.000 años de edad y era suficientemente frío como para que se formaran los primeros átomos, se hizo abruptamente transparente a la radiación. Esa luz la detectamos hoy como microondas y nos trae información valiosa acerca del universo en su infancia. La radiación de microondas tiene pequeñísimas variaciones de temperatura en direcciones diferentes relacionadas con diferencias en las concentraciones de materia. Podemos calcular teóricamente esta distancia, porque es esencialmente lo que había recorrido la luz en los 380.000 años desde el Big Bang hasta que la radiación fue emitida. El ángulo con que vemos esa distancia depende de la geometría. Si la curvatura es cero el ángulo es de 1 grado. Pero si el espacio está curvado, el ángulo observado será mayor o menor dependiendo del signo de la curvatura. Los datos observacionales del observatorio espacial Planck lanzado en el 2009 y que capturó con exquisita precisión las variaciones de la temperatura de la radiación permitieron medir que el ángulo que resultó ser de 1 grado. Por tanto, más allá de toda duda razonable la curvatura del espacio es cero: el espacio es euclídeo, y por tanto infinito o al menos mucho más grande que el universo observable, la parte del universo del que nos ha llegado luz.


El patrón de radiación carácterísticpo para cada tipo de geometría. Foto: astronomía.com

Las mediciones que los astrónomos realizan indican que la densidad de materia es apenas el 30% de la necesaria para un espacio euclidiano. Eso significa que hay un 70% de contenido del universo que no es materia, se le llama energía oscura y probablemente esté asociada con la energía del vacío. Pero las ecuaciones afirman que entonces nuestro universo debía estar acelerando la expansión en lugar de frenarla. En 1998 dos grupos que estudiaban la luz de supernovas concluyeron que estas estrellas estaban mucho más alejadas de lo que estuvieran si el universo no se estuviera acelerando. Ellos detectaron la aceleración del universo y por ello se hicieron acreedores del Premio Nobel en el año 2011.

Una de las consecuencias de que el espacio sea euclídeo y acelerándose es que las galaxias que actualmente se alejan de nosotros, eventualmente en el futuro lejano desaparecerán del campo visual porque se estarán alejando de nosotros con una velocidad mayor que la de la luz, y el universo poblado de galaxias desaparecerá.

Las evidencias de que hubo un Big Bang, por ejemplo el alejamiento de las galaxias o la radiación de fondo se habrán perdido…y nuestra galaxia quedará inexorablemente íngrima en un universo cada vez más frío y oscuro.

Autor: Astronomía al Aire



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