La simulación de la estructura a gran escala del Universo demuestra grupos complejos no repetitivos. Pero desde nuestro punto de vista, podemos ver el volumen finito del Universo. ¿Qué hay más allá?Hace 13.800 millones de años, el Universo conocido comenzó con el Big Bang. Durante este tiempo, el espacio se expandió, la materia experimentó atracción gravitacional, y como resultado obtuvimos un universo tal como lo observamos hoy. Pero incluso si es enorme, nuestras observaciones tienen límites. A cierta distancia, las galaxias desaparecen, las estrellas se desvanecen y no recibimos señales de las partes distantes del Universo. Pero, ¿qué hay más allá de este límite? Esta semana, el lector pregunta:
Si el universo es finito en volumen, ¿dónde está su límite? ¿Alguien puede acercarse a ella? ¿Cómo será ella?
Comencemos con nuestra ubicación actual y miremos lo más lejos que podamos.
Las estrellas y galaxias que vemos cerca, se parecen a las nuestras. Pero cuanto más miramos, más profundizamos en el pasado del Universo: allí está menos estructurado, es más joven y no está tan desarrollado.En las inmediaciones de nosotros, el universo está lleno de estrellas. Si vuela por 100,000 años luz, entonces puede reservar la Vía Láctea. Más allá se encuentra un mar de galaxias, quizás dos billones dentro del Universo observable. Hay una gran cantidad de variedades, formas, tamaños y masas. Pero mirando las galaxias más distantes, puedes ver algo inusual: cuanto más lejos esté la galaxia, más probable será que sea más pequeña en tamaño y masa, y sus estrellas gravitarán hacia el azul con más fuerza que las galaxias más cercanas.
¿Cuál es la diferencia entre galaxias en diferentes momentos de la historia del universo?Esto tiene sentido si el universo tiene un comienzo: un cumpleaños. Eso fue el Big Bang, el día que nació el universo que conocíamos. La edad de la galaxia, que es relativamente cercana a la nuestra, coincide con nuestra edad. Pero al mirar una galaxia a miles de millones de años luz de distancia, vemos una luz que tuvo que pasar miles de millones de años antes de que llegara a nuestros ojos. La edad de la galaxia, cuya luz tardó 13 mil millones de años en llegar a nosotros, debería tener menos de mil millones de años, y mirando más profundamente en el espacio, de hecho, miramos hacia el pasado.
El compuesto de luz ultravioleta, visible e infrarroja obtenida por el proyecto Hubble eXtreme Deep Field, la mayor de las imágenes publicadas del Universo distanteArriba está la imagen del proyecto Hubble
eXtreme Deep Field (XDF), la imagen más profunda de un universo distante. Miles de galaxias son visibles en él, ubicadas a distancias muy diferentes de nosotros y entre sí. Pero en color simple es imposible ver que cada galaxia tiene un espectro específico en el que las nubes de gas absorben la luz de longitudes de onda muy específicas, gracias a la física simple del átomo. Con la expansión del Universo, esta longitud se estira, por lo que las galaxias más distantes nos parecen más rojas. Esta física nos permite hacer suposiciones sobre la distancia a ellos, y cuando organizamos estas distancias, resulta que las más jóvenes y las más pequeñas son las galaxias más distantes.
Las primeras estrellas deberían estar detrás de las galaxias, y luego nada más que un gas neutro, cuando el Universo no tuvo tiempo de introducir la materia en estructuras que son lo suficientemente densas como para formar estrellas. Habiendo pasado hace unos pocos millones de años, veremos que la radiación en el Universo era tan caliente que los átomos neutros no podían formarse allí, lo que significa que los fotones rebotaban constantemente en las partículas cargadas. Cuando se forman los átomos neutros, esta luz simplemente debe ir en línea recta y para siempre, porque no se ve afectada por nada más que la expansión del universo. El descubrimiento de este resplandor residual (radiación residual) hace más de 50 años fue la confirmación final del Big Bang.
Un diagrama sistemático de la historia del universo que describe la reionización . Antes de la formación de estrellas y galaxias, el Universo estaba lleno de átomos neutros que bloqueaban la luz. Y aunque la mayor parte del universo experimentó una reionización solo después de 550 millones de años, algunos sitios más afortunados se reionizaron prácticamente antes de este tiempo.Desde nuestra ubicación actual, podemos mirar en cualquier dirección y ver el mismo curso de la historia espacial. Hoy, 13.800 millones de años después del Big Bang, tenemos las galaxias y las estrellas que conocemos. Anteriormente, las galaxias eran más pequeñas, más azules, más jóvenes y menos desarrolladas. Antes de eso había primeras estrellas, y antes de eso, solo átomos neutros. Antes de los átomos neutros había plasma ionizado, y antes: protones y neutrones libres, aparición espontánea de materia y antimateria, quarks y gluones libres, todas partículas inestables del Modelo Estándar y, finalmente, el momento del Big Bang. Mirar distancias cada vez mayores es lo mismo que mirar hacia el pasado.
Representación del artista en forma de un concepto logarítmico del Universo observable. Las galaxias son seguidas por una estructura a gran escala y el plasma denso y caliente del Big Bang en los patios traseros. Un borde es un límite solo en el tiempo.Aunque esto define nuestro Universo observable, con el límite teórico del Big Bang, ubicado a
46.1 mil millones de años luz de nuestra ubicación , no será un límite real del espacio. Es solo una línea de tiempo; Hay limitaciones en lo que podemos ver, porque la velocidad de la luz permitió que la información viaje solo 13.8 mil millones de años desde el momento del Big Bang. Esta distancia es de más de 13.8 mil millones de años luz, ya que la estructura del Universo se ha expandido (y continúa expandiéndose), pero ciertamente es finita. Pero, ¿qué pasa con el tiempo antes del Big Bang? ¿Qué verías si de alguna manera llegaras a una fracción de segundo antes de que el Universo poseyera la más alta energía, era denso, caliente, lleno de materia, antimateria y radiación?
La inflación proporcionó un Big Bang caliente y dio lugar a un Universo observable, al que tenemos acceso. Las fluctuaciones en la inflación han plantado semillas que han crecido en su estructura actualEncontraría un estado de inflación cósmica en el que el Universo se expandió extremadamente rápido, y en el que dominó la energía inherente al espacio mismo. El espacio en este momento se expandió exponencialmente, se estiró a un estado plano, adquirió las mismas propiedades en todos los lugares, luego las partículas que existían se dispersaron en diferentes direcciones, y las fluctuaciones inherentes a los campos cuánticos se extendieron por todo el Universo. Cuando la inflación terminó en el lugar donde estamos, un Big Bang caliente llenó el Universo de materia y radiación, y generó esa parte del Universo, el Universo observable, que vemos hoy. Y ahora, 13.8 mil millones de años después, tenemos lo que tenemos.
El Universo observable puede extenderse 46 mil millones de años luz en todas las direcciones desde nuestro punto de vista, pero ciertamente hay más partes no observables del Universo, posiblemente incluso una cantidad infinita, similar a aquella en la que estamosNuestra ubicación no es diferente, ni en el espacio ni en el tiempo. Lo que podemos ver a 46 mil millones de años luz no otorga ninguna importancia especial a esta frontera o esta ubicación. Esto es simplemente una limitación de nuestro campo de visión. Si de alguna manera pudiéramos tomar una fotografía de todo el Universo, extendiéndose más allá del límite observado, como se había convertido en 13.8 mil millones de años después del Big Bang, todo se vería como nuestra parte más cercana. Tendría una gran red cósmica de galaxias, cúmulos,
filamentos galácticos ,
vacíos cósmicos, extendiéndose más allá del área relativamente pequeña visible para nosotros. Cualquier observador en cualquier lugar vería un universo muy similar al que vemos desde nuestro punto de vista.
Una de las observaciones más remotas del Universo muestra estrellas y galaxias cercanas, pero las galaxias de las regiones exteriores simplemente parecen más jóvenes y menos desarrolladas. Desde su punto de vista, tienen 13.800 millones de años y están más desarrollados, y les parecemos como hace miles de millones de años.Los detalles individuales diferirán, ya que difieren los detalles de nuestro sistema solar, galaxia, grupo local, etc. de los detalles de otro observador. Pero el universo no está limitado en volumen, solo su parte observada por nosotros es limitada. La razón de esto es la frontera temporal, el Big Bang, que nos separa del resto. Solo podemos abordarlo con la ayuda de telescopios, que analizan los primeros días del Universo, y en teoría. Hasta que descubramos cómo burlar el tiempo unidireccional actual, este será nuestro único enfoque para comprender el "límite" del Universo. Pero en el espacio no hay límites. Hasta donde sabemos, ¡alguien al borde de nuestro Universo observable nos vería al borde de su Universo observable!
Ethan Siegel - astrofísico, divulgador científico, autor de ¡Comienza con un golpe! Escribió los libros "Más allá de la galaxia" [ Más allá de la galaxia ] y "Tracknología: la ciencia de Star Trek" [ Treknology ].Preguntas frecuentes: si el Universo se está expandiendo, ¿por qué no nos estamos expandiendo ? por qué la edad del Universo no coincide con el radio de su parte observada .