?Cu¨¢les son los l¨ªmites de nuestro universo?

Durante la d¨¦cada de 1920 exist¨ªa un acalorado debate entre los astr¨®nomos acerca del tama?o del universo y de la naturaleza de las llamadas nebulosas, objetos difusos de los que exist¨ªan varios miles catalogados. Algunos cient¨ªficos defend¨ªan que eran objetos gaseosos situados dentro de nuestra galaxia y que esta era todo el universo, mientras que otros defend¨ªan que eran sistemas estelares similares a la V¨ªa L¨¢ctea, ¡°universos islas¡±, que se ve¨ªan difusos por su lejan¨ªa. El debate se zanj¨® gracias a Edwin Hubble que, usando la relaci¨®n obtenida por Henrietta Swan Leavitt, midi¨® la distancia a la nebulosa de Andr¨®meda, la ¨²nica visible a simple vista desde el hemisferio norte. El valor obtenido por Hubble era mucho mayor que el tama?o de la V¨ªa L¨¢ctea, lo que demostraba la existencia de otras galaxias y aumentaba, de manera dram¨¢tica, el tama?o del universo.

Es com¨²n referirse a distancias astron¨®micas en a?os luz. Un a?o luz es la distancia que la luz recorre en un a?o, aproximadamente 9.000.000 millones de kil¨®metros. El di¨¢metro de la V¨ªa L¨¢ctea es de 900.000 billones de kil¨®metros y la distancia a Andr¨®meda de 22.500.000 billones de kil¨®metros. Estas distancias son enormes, a pesar de que Andr¨®meda 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 a?os de vida, hay regiones cuya luz no ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros.

El universo que s¨ª podemos ver, el universo conocido, es una esfera cuyo radio marca la distancia entre las regiones que emitieron la radiaci¨®n que hoy observamos como radiaci¨®n de fondo c¨®smico de microondas y nuestro planeta. Si el universo fuera est¨¢tico, esta frontera, lo que llamamos horizonte de part¨ªculas, estar¨ªa a 13.800 millones de a?os luz. Sin embargo, se encuentra a una distancia mucho mayor, 46.000 millones de a?os luz.

La raz¨®n es que el universo se est¨¢ expandiendo, algo que tambi¨¦n nos mostr¨® Hubble en el art¨ªculo Relaci¨®n entre distancia y velocidad radial en las nebulosas extragal¨¢cticas, publicado en 1929. El t¨ªtulo, desde luego, no es nada sugerente para las implicaciones cosmol¨®gicas del resultado, pero s¨ª es informativo. Hubble hab¨ªa 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 m¨¢s r¨¢pido cuanto m¨¢s lejos est¨¢n. Hubble fue muy cauto en sus conclusiones, pero las implicaciones eran claras. Hac¨ªa tan solo cinco a?os que el trabajo de este cient¨ªfico hab¨ªa expandido de manera dram¨¢tica el tama?o del universo y ahora expand¨ªa el universo en s¨ª.

Para ilustrar como el resultado implica un universo en expansi¨®n, 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 tama?o, dos nueces separadas inicialmente un cent¨ªmetro estar¨¢n a dos de distancia, mientras que las que estaban separadas tres, estar¨¢n separadas seis. Es decir, durante el mismo tiempo, la distancia entre las nueces m¨¢s lejanas habr¨¢ aumentado tres veces m¨¢s que la distancia entre las m¨¢s cercanas, es decir, se habr¨¢n alejado tres veces m¨¢s r¨¢pido.

La radiaci¨®n de fondo fue emitida en las primeras etapas del universo, pero su luz ha estado viajando por un universo en expansi¨®n unos 13.800 a?os hasta poder, finalmente, alcanzarnos. Sin embargo, esas regiones han seguido alej¨¢ndose durante todo este tiempo y las manchas que vemos en la radiaci¨®n de fondo han evolucionado para convertirse en galaxias y grupos de galaxias similares a las que nos rodean. Si pudi¨¦ramos detener la expansi¨®n del universo en este instante, necesitar¨ªamos 46.000 millones de a?os m¨¢s para que la luz de estas galaxias pudiera alcanzarnos. Sin embargo, no podemos detener la expansi¨®n del universo, y nunca podremos ver las galaxias en las que se han convertido estas manchas que vemos en la radiaci¨®n 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 podr¨¢ cubrir la distancia que las separa de nosotros. En este sentido, el horizonte de part¨ªculas, el universo conocido, marca el l¨ªmite visible del pasado del universo, pero no el universo con el que podemos interaccionar.

Hace apenas unos d¨ªas ve¨ªamos, en im¨¢genes obtenidas con el James Webb Space Telescope, galaxias cuya luz pudo haber sido emitida hace 13.500 millones de a?os. Galaxias reci¨¦n formadas, habitando un universo beb¨¦ de apenas 300.000 a?os de edad. Estas im¨¢genes son, de alguna manera, im¨¢genes de galaxias fantasma, que ahora mismo est¨¢n en una regi¨®n del universo con la que nunca podremos interactuar, ?podemos decir entonces que forman parte de nuestro universo?

Definamos entonces el l¨ªmite del universo con el que podemos interaccionar. Dentro de este l¨ªmite, y siempre que dispongamos de tiempo suficiente, todav¨ªa podemos recibir la luz que las galaxias emiten ahora. Esta es la regi¨®n del universo cuya velocidad de expansi¨®n est¨¢ por debajo de la velocidad de la luz y su frontera se encuentra a 16.000 millones de a?os luz. Esta frontera se denomina horizonte de sucesos, por analog¨ªa con el horizonte de eventos de un agujero negro y marca el l¨ªmite del universo con el cual podemos intercambiar informaci¨®n.

La triste noticia es que si los modelos m¨¢s aceptados del universo son correctos, el n¨²mero de galaxias que podremos ver en el futuro se ir¨¢ reduciendo, hasta que llegue un momento en el que todo desaparezca de nuestra vista. Bueno, quiz¨¢ no todo, porque no todas las regiones del universo se est¨¢n expandiendo. Al igual que las nueces de nuestro bizcocho, las galaxias no se expanden, ni la tierra, ni los ¨¢rboles, ni nosotros. El grupo local en el que nos encontramos no se est¨¢ expandiendo y, de hecho, la galaxia de Andr¨®meda se est¨¢ acercando a nosotros atra¨ªda por la gravedad. Sin embargo, esta gravedad har¨¢ que todas las galaxias que no se alejan, se acaban acercando m¨¢s y m¨¢s, hasta fusionarse en una sola, que ser¨¢ la ¨²nica que podr¨¢n observar los astr¨®nomos que la habiten. Ellos no podr¨¢n medir las velocidades o las distancias de otras galaxias para saber que el universo se expande y, lo m¨¢s probable es que vuelvan a pensar, como los astr¨®nomos del siglo XIX, que el universo consiste en una ¨²nica galaxia, la suya.

Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez es profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM)

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de 1 ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo.

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