El "Big Bang" y la expansión del Universo

El universo en el que vivimos se esta expandiendo. Nosotros lo sabemos porque vemos galaxias y grupos de galaxias moviéndose constantemente hacia "afuera" del universo. Esta expansión ocurre porque todo el material en el universo fue hecho en movimiento cuando se produjo el Big Bang.

Aquí hay 6 preguntas sobre el Universo y su expansión :

(1) Donde está el centro del Universo?

No hay centro del universo porque no hay borde del universo. En un universo finito, el espacio es curvado, por eso si viajas miles de millones de años luz en línea recta eventualmente terminaras donde empezaste. Es también posible que nuestro universo sea infinito. En ambos ejemplos, grupos de galaxias llenan el universo y se alejan entre si haciendo que el universo se expanda.

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A pesar de que el espacio halla estado en un simple punto en el Big Bang, es igualmente posible que el espacio fuera infinito en el Big Bang. En cualquiera de los dos escenarios el espacio estaba completamente lleno de materia que se expandió.

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(2) En que lugar del Universo ocurrió el Big Bang?

Hay un concepto común sobre el Big Bang, que fue una gran explosión que ocurrió en un lugar vacío de espacio y la explosión se expandió por el espacio vacío. Esto esta errado. Espacio y tiempo fueron creados en el Big Bang. Al principo del universo el espacio estaba completamente lleno de materia. La materia era originalmente muy caliente y muy densa y luego se expandió y enfrió para eventualmente producir las estrellas y galaxias que vemos en el universo actual. No hay centro de la expansión, el universo se expande en todas las direcciones. Observadores de una galaxia pueden ver muchas de las otras galaxias alejandose de él. La única respuesta a la pregunta "Donde ocurrió el Big Bang" es que ocurrió en todos lados del Universo.

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Origen del Universo

Expansión del Universo - 1 billion years = mil millones de años

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(3) Esta la Tierra expandiéndose junto con el Universo?

La Tierra no se esta expandiendo al igual que el Sistema Solar, tampoco la Vía Láctea. Estos objetos formados bajo la influencia de la gravedad han cesado su movimiento expansivo. La gravedad también mantiene juntas a las galaxias en grupos o clusters. Principalmente estos grupos son los que se alejan en el Universo.

(4) Que existe fuera del Universo?

El espacio fue creado en el Big Bang. Nuestro Universo no tiene bordes - por lo tanto no hay "afuera". Es posible que nuestro Universo sea parte de una infinidad de Universos, pero que estos Universos no necesariamente necesiten "espacio".
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Comparación de la estructura del Universo, hoy en día y hace 13.7 Billones de años

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(5) Que existía antes del Big Bang?

El tiempo fue creado en el Big Bang - no sabemos si existía antes. Esta pregunta es muy difícil de contestar. Algunas teorías sugieren que nuestro Universo es parte de una infinidad de otros Universos ( llamado un "multiverso" ) que son continuamente creados. Esto es posible pero muy difícil de probar.

(6) Si el universo tiene 14 mil millones de años, como una galaxia pudo haber viajado más de 14 mil millones de años luz?

Es probable que nuestro Universo sea infinito y que estaba lleno de materia al momento del Big Bang. En el comienzo del universo es muy posible que todo se expandiera mucho más rápido que la velocidad de la luz.
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Las escalas del Universo

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La Escala de Distancias en el Universo

Debido a que el Universo se esta expandiendo, la pregunta de a que distancia esta aquella galaxia tan distante es difícil de contestar. Todo depende de tu punto de vista.

Este es el problema de definir una distancia en un Universo en expansion : Dos galaxias están cerca cuando el Universo solo tiene mil millones de años de antiguedad. La primera galaxia emite un pulso de luz. La segunda galaxia no recibe el pulso hasta que el Universo tenga 14 mil millones de años de antiguedad. Para ese tiempo las galaxias estarán separadas por 26 mil millones de años luz; el pulso de luz ha viajado por 13 mil millones de años luz; y la vista que reciben esas personas en la segunda galaxia es la imagen de la primera galaxia cuando estaba solo a 2 mil millones de años luz de distancia.

Hay cuatro escalas diferentes en cosmologia :

(1) Distancia por Luminosidad - DL

En un Universo en expansión, las galaxias distantes son mucho mas pequeñas de lo normal, debido a que los fotones de luz se estrechan y se esparcen en una gran área. Es este el porque se utilizan grandes telescopios para su observacion. Las más distantes, solo visibles por el Telescopio Espacial Hubble son tan pequeñas que aparentan estar a unos 350 mil millones de años luz cuando en realidad están mucho más cerca. Distancia por Luminosidad no es una escala de distancia realista pero es útil para determinar cuan apagadas las galaxias distantes nos parecen.
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Universo temprano y Universo actual

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(2) Distancia por Diametro Angular - DA

En un Universo en expansión, nosotros vemos galaxias cerca del borde del Universo cuando ellas eran realmente muy jóvenes, hace unos 14 mil millones de años, debido a que su luz tardo 14 mil millones de años en llegar a nosotros. Sin embargo, las galaxias a esa edad estaban también más cerca de nosotros. La galaxia más apagada y distante que el Hubble pudo captar estaba solo a un par de miles de millones de años cuando emitio por primera vez su luz. Esto significa que galaxias más distantes aparentan ser más grandes de lo que deberían, porque su luz partió de por ejemplo 3 mil millones de años luz de nosotros, pero en realidad ahora se encuentra a 9 mil millones de años luz (a pesar de esto son muy muy apagadas - ver Distancia por Luminosidad). Distancia por Diametro Angular es una buena indicación de cuán cerca estaban las galaxias de nosotros, cuando emitieron la luz que ahora podemos ver.

(3) Distancia por Comovimiento - DC

La Distancia por Comovimiento es la escala de distancia que se expande con el Universo. Esta nos dice donde están las galaxias ahora y no cuando el Universo era máas pequeño. En esta escala el borde del Universo está a 47 mil millones de años luz, sin embargo la galaxia más distante visible por el Hubble está a unos 32 mil millones de años luz de nosotros. Distancia por Comovimiento es lo opuesto a Distancia por Diametro Angular - ésta nos dice donde están las galaxias ahora y no donde estaban cuando emitieron su luz.
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Un ejemplo de un pequeño universo que contiene solo 48 estrellas. Una nave vuela entre estas estrellas y no encuentra el borde del universo. Si sale de un lado del universo aparece en el otro lado. Las personas de la nave ve un infinito numero de estrellas a su alrededor. Este universo no tiene limites ni centro.

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(4) Distancia por Tiempo de Viaje Luz - DT

La Distancia por Tiempo de Viaje Luz representa el tiempo que toma la luz desde una galaxia en llegar a nosotros. Esto es el porque de que el Universo visible tiene un radio de 14 mil millones de años luz - esto es simplemente lo que se sabe debido a que la luz de más de 14 mil millones de años luz todavía no ha llegado a nosotros. La Distancia por Tiempo de Viaje Luz es más una medida de tiempo que de distancia. Es útil principalmente porque nos dice que antigua es la vista de la galaxia que estamos viendo.

Para distancias pequeñas (inferiores a 2 mil millones de años luz) las cuatro escalas se fusionan y forman una, por eso es más facil definir distancias en el Universo local.

Abajo - las cuatro escalas de distancias dibujadas con respecto al redshift (desplazamiento al rojo). Redshift es una medida de velocidad causada por la expansión del Universo - una galaxia con un gran redshift estará más alejada que una con pequeño redshift. Las galaxias más distantes visibles con el Hubble tienen un redshift de 10, mientras las más distantes protogalaxias del Universo tienen probablemente un redshift de 15. El borde del Universo tiene redshift infinito. Un típico telescopio portátil no puede ver más allá del redshift 0,1 (alrededor de mil trescientos millones de años luz).
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La Distancia por Luminosidad (DL) muestra porque las galaxias lejanas son tan difíciles de ver - una joven y distante galaxia con redshift 15 aparenta estar a 560 mil millones de años luz de nosotros a pesar de que la Distancia por Diametro Angular (DA) sugiere que esta a 2 mil doscientos millones de años luz cuando ésta emitio su luz. La Distancia por Tiempo de Viaje Luz (DLT) nos dice que la luz de esa galaxia ha viajado unos 13 mil seiscientos millones de años luz hasta hoy. La Distancia por Comovimiento (DC) nos dice que la misma galaxia hoy, si la pudiéramos ver, estaría a unos 35 mil millones de años luz de nosotros.

Fuente: www.atlasoftheuniverse.com