“El espacio es magnate. Verdaderamente magnate. Simplemente no creerás lo enorme, enorme y alucinantemente magnate que es. Quiero proponer, puedes pensar que queda un dadivoso camino por recorrer hasta salir a la química, pero eso es una miseria para el espacio. ” —Douglas Adams, La prontuario del autoestopista cósmico
Observatorios como el Telescopio Hubble y el Telescopio Espacial James Webb ofrecen a la humanidad el poder de ver cosas más lejanas que nunca. Cuando miramos profundamente en dirección a el Paraíso nocherniego, incluso miramos en dirección a a espaldas en el tiempo. En comparación con el universo en su conjunto, la Tierra es conveniente chavea, tiene 4.500 millones de primaveras. Los científicos llegaron a esta emblema gracias a la evidencia de la datación radiométrica, que mide la tasa de desintegración radiactiva en utensilios con vidas medias conocidas. Rocas lunares, circones antiguos, meteoritos: todos dicen lo mismo: la Tierra tiene 4.500 millones de primaveras.
Pero desde donde se encuentra la Tierra en el universo observable, nuestra visión se extiende a más de 13 mil millones de primaveras en el pasado. Acullá de nuestro peña específico, los astrónomos han opuesto galaxias tan pobres en metales y tan profundamente desplazadas al rojo que parecen haberse formado menos de 300 millones de primaveras luego del Big Bang, el aparición de nuestro universo conocido.
¿Cuánto tiempo hace que existe el universo? Los científicos estiman que el universo tiene 13.800 millones de primaveras, con una incertidumbre de más o menos sólo el dos por ciento.
¿Pero cómo lo sabemos?
Velas característico y la escalera de distancia cósmica
En 1924, al observar el Paraíso nocherniego a través del que entonces era el telescopio más magnate del mundo, cosmólogos como Edwin Hubble y Georges Lemaître informaron que casi todas las galaxias se estaban alejando de la Tierra. Encima, cuanto más allí estaban las galaxias, más más rápido se estaban alejando.
Observaciones posteriores realizadas por el telescopio espacial homónimo de Hubble y el JWST han confirmado esta relación entre distancia y velocidad. No sólo la mayoría de las galaxias se están alejando de la Tierra, sino que incluso se están alejando unas de otras, con una velocidad proporcional a la distancia entre ellas.
Edwin Hubble basó sus cálculos de distancia en una “vela característico” cosmológica citación variables cefeidas: estrellas cuyo brillo está musculoso y directamente relacionado con su período de pulsación. Las variables cefeidas son un peldaño importante en la escalera de distancias cósmicas, un sistema que utilizan los astrónomos para construir una observación sobre otra para sacar conclusiones lógicas sobre cosas mucho más lejanas de lo que nuestros telescopios pueden resolver. Los astrónomos de la antigua Grecia ya habían descubierto que para dos estrellas del mismo tipo, la más distante será más pequeña en el Paraíso, pero no sabían lo que sabemos ahora: algunos tipos de estrellas son más grandes que otras en un momento determinado. brillo. Como conocemos la verdadera claridad de las variables cefeidas, podemos calcular con precisión su distancia. Eso nos permite evaluar la distancia a objetos muy lejanos.
La luz de nuestro propio sol tiene una dadivoso de onda más corta cuando se emite desde el costado del disco solar que delirio en dirección a nosotros, y una dadivoso de onda más larga en el costado que delirio en dirección opuesta a la Tierra. Este desvarío, conocido como finalidad Doppler, es el mismo que cambia el sonido de una sirena cuando se acerca y se aleja. Hubble y sus contemporáneos notaron que las estrellas y galaxias en rotación cuyo movimiento propio las mueve en relación con la Tierra incluso muestran este finalidad, estirando o aplastando la dadivoso de onda de su luz dependiendo de si se acercan o se alejan. Cuanto más pronunciado es el desplazamiento Doppler, más rápido se mueve poco.
Con suficientes mediciones de distancia y velocidad de recesión, los cosmólogos pueden calcular la velocidad a la que se expande el espacio-tiempo: H0. Pero si las galaxias se están alejando más, deben patrocinio comenzado más juntas. A medida que sus caminos convergen, podemos ver dónde y cuándo comenzaron en primer empleo. A partir de ahí, los científicos pueden retroceder el tiempo cósmico, haciendo retroceder el cronómetro para estimar la perduración máxima del universo.
El fondo cósmico de las microondas
El tiempo comienza para nosotros en el momento del Big Bang, cuando en una minúscula fracción de segundo, una ataque de magnitud incomprensible arrojó al extranjero una enorme cantidad de materia y energía. Durante los primeros picosegundos luego del Big Bang, las leyes de la física eran muy diferentes de las de nuestro entorno de relato. A medida que la sopa de gluones primordial se expandía en dirección a fuera, se enfriaba, pero para ello tuvo que traspasar los límites del universo observable.
Los cosmólogos utilizan una variedad de métodos para calcular la perduración del universo, construyendo modelos matemáticos para sustentar la teoría detrás de las observaciones directas. Este maniquí pertenece a la encomienda Planck de la ESA para estudiar el fondo cósmico de microondas.
Crédito: ESA – C. Carreau
Luego del Big Bang, durante los primeros 380.000 primaveras aproximadamente, el universo era tan caliente y denso que era efectivamente opaco. Como el núcleo de una hado, los electrones estaban tan apretados que los fotones no podían ir a ninguna parte. A medida que el universo se enfrió y expandió, de repente, los fotones pudieron encontrar caminos en dirección a el extranjero.
El propio espacio-tiempo liberó los fotones en una titánica ataque de radiación, cuyos últimos rastros vemos como el fondo cósmico de microondas: el brillo cada vez más tenue de la radiación residual que quedó del Big Bang luego de todo este tiempo.
Una pequeña fracción del CMB está polarizada: vibra en una dirección preferida. Esto es resultado del postrero avenencia de esta luz con los electrones, puntual ayer de iniciar su deslumbramiento cósmico. Por esta razón, la polarización del CMB retiene información sobre la distribución de la materia en el Universo temprano, y su patrón en el Paraíso sigue el de las pequeñas fluctuaciones observadas en la temperatura del CMB.
Crédito: Colaboración ESA/Planck
Algunos fotones del CMB están polarizados, lo que significa que a medida que se alejan de su fuente, vibran en una dirección “preferida”. Los patrones de polarización informan a los astrónomos sobre la última interacción entre esos fotones y los electrones que los atraparon hace mucho tiempo, porque en los lugares donde había más electrones, la materia estaba más densamente concentrada.
Problemas e incógnitas
Todo lo aludido nos lleva a creer que tenemos una idea conveniente sólida sobre la perduración del universo. A medida que la tecnología de nuestros telescopios mejoramiento, la incertidumbre en nuestros modelos disminuye. Pero como desatiendo es casquivana en cosmología, existen algunas discrepancias.
1. La tensión del Hubble
La luz parece obedecer a una especie de confín de velocidad cósmica abreviada como doque era una parte integral de la teoría de la relatividad de Einstein. Sin confiscación, el propio espacio-tiempo puede no estar sujeto al mismo confín de velocidad. El universo tiene 13,8 mil millones de primaveras, pero el radiodifusión del universo observable no es de 13,8 mil millones de primaveras luz. En cambio, el universo observable es poco 46,5 mil millones de primaveras luz de diámetro. Esto se debe a que el tejido del espacio-tiempo se ha expandido desde que la luz que vemos dejó sus fuentes distantes. Su tasa de expansión nos indica su perduración, pero nuestros métodos principales para evaluar esa tasa arrojan respuestas diferentes.
El maniquí de cosmología predominante, llamado maniquí lambda-CDM (lambda para la constante cosmológica; CDM para la materia oscura fría; hablaremos más sobre esto en un momento), impone un confín superior para la perduración del universo: 14.500 millones de primaveras, como viejo. En este maniquí, la materia y la energía oscuras son cruciales para explicar la estructura del universo en las escalas más grandes. Pero el maniquí incluso debe tener en cuenta el fondo cósmico de microondas y el cambio en la tasa de expansión del universo. Ahí está el problema. Diferentes fuentes de observación incluso dan títulos ligeramente diferentes para la perduración del universo. Esta discrepancia es un problema cosmológico conocido como tensión de Hubble.
Aún así, la diferencia es muy pequeña. Por ejemplo, la encomienda Planck de la Agencia Espacial Europea, un telescopio espacial decidido para observar el fondo cósmico de microondas, arrojó datos que apuntan a una perduración de 13.787 millones de primaveras. Mientras tanto, el plan Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) de la NASA calculó que el universo tiene 13.772 millones de primaveras.
2. Ampliación del espacio-tiempo frente a ‘luz cansada’
El universo tiene que ser al menos tan antiguo como lo más antiguo que hay en él. Las galaxias más antiguas observadas están profundamente desplazadas al rojo (z = 11 o más), y puede haberse formado unos pocos cientos de primaveras luego del Big Bang. La luz de estos objetos ha viajado más de 13 mil millones de primaveras luz para salir hasta nosotros.
Para que el universo tenga más de 14 mil millones de primaveras, tendríamos que descartar la mayoría de las suposiciones del maniquí lambda-CDM, que por lo demás se ajusta a la evidencia observacional. Sin confiscación, un artículo de 2023 calcula que la perduración del universo es aproximadamente el doble: 26.700 millones de primaveras. ¿Qué da?
La método del artículo se colchoneta en un desvarío llamado “luz cansada”, que el físico Fritz Zwicky propuso en 1929 para explicar el desplazamiento al rojo de fotones procedentes de fuentes distantes.
Fotones de una fuente en movimiento. allí de nosotros parecen cambiar en su camino en dirección a aquí. Su dadivoso de onda aumenta, lo que vemos como un cambio de color en dirección a el rojo. Mientras tanto, la luz de una fuente que se acerca a la Tierra parece desplazarse en dirección a el extremo del espectro de longevo energía y “más garzo”.
La cosmología coetáneo explica este corrimiento al rojo como producto de la expansión del espacio mismo, lo suficientemente rápido como para estirar la dadivoso de onda de un fotón que se mueve a través de él. En el siglo transcurrido desde el crónica llamativo de Hubble, miles de estudios que investigaron millones de estrellas y galaxias confirmaron sus observaciones y las de sus colegas y fundamentaron la teoría de la relatividad más allá de toda duda regular. Pero la “luz cansada” de Zwicky propone que los fotones pierden energía a medida que viajan a través del espacio-tiempo.
Rajendra Gupta, físico de la Universidad de Ottawa y autor del artículo sobre la “luz cansada” de 2023, reconoce que la teoría de la luz cansada entra en conflicto con las observaciones. Sin confiscación, dijo Gupta, “al permitir que esta teoría coexista con el universo en expansión, es posible reinterpretar el corrimiento al rojo como un desvarío híbrido, en empleo de puramente correcto a la expansión”. En otras palabras, no sabemos lo que no sabemos.
materia oscura
La incertidumbre en nuestras mediciones de la perduración de nuestro universo y el hecho de que exista la tensión de Hubble no invalidan nuestras mediciones. Nos muestran que nuestros grandes modelos necesitan poco de combinación. Acoplado al frente de la fila está el maniquí lambda-CDM. La materia oscura sigue siendo un heroína umbrío, y ese es otro problema.
Todavía se debate acaloradamente cómo figura la materia oscura en el gran esquema de las cosas, o si existe poco llamado materia oscura o energía oscura, en primer empleo. Algunos astrónomos han propuesto un sistema de dinámica newtoniana modificada como alternativa a la fría materia oscura, o incluso modelos más exóticos que incluyen la cosmología de branas, que está relacionada con la teoría de cuerdas. Aún así, comprender la materia oscura requerirá evidencia extraordinaria: muchas observaciones de partículas candidatas a materia oscura y algunos modelos físicos nuevos y brillantes para explicarlas.
Que la materia oscura funcione como teoría incluso afectará nuestras expectativas sobre el comportamiento a dadivoso plazo del universo. El ritmo al que se expande el universo tiene implicaciones para su destino final: crimen por calor, un gran desgarro, un eventual colapso en una nueva singularidad que lo abarque todo o poco completamente diverso.
Si el universo se expande a un ritmo constante, en estabilidad con la solemnidad, podría durar para siempre. Sin confiscación, los humanos no podrían verlo. Internamente de unos dos billones de primaveras, todas las galaxias más allá de nuestro supercúmulo específico estarán tan allí que no podremos verlas: más allá del horizonte cósmico. Si la materia oscura reemplazara a la solemnidad, provocando que la tasa de expansión del universo aumentara aún más, se aceleraría esa serie de tiempo de dos billones de primaveras. Si, por el contrario, la solemnidad prevaleciera sobre la energía oscura, todo lo que se ha expandido en el universo tal como lo conocemos algún día volvería a caer sobre sí mismo en un “Big Crunch”.
A Altísimo gracias, tenemos tiempo suficiente para averiguarlo.