Una nueva investigación sugiere que el universo es una esfera y no plano después de todo

By: BRIAN KOBERLEIN

El universo es un mar aparentemente interminable lleno de estrellas, galaxias y nebulosas. En él, vemos patrones y constelaciones que han inspirado historias a lo largo de la historia. Pero hay un patrón cósmico que todavía no entendemos. Una pregunta que permanece sin respuesta: ¿Cuál es la forma del universo? Pensamos que lo sabíamos, pero una nueva investigación sugiere lo contrario y podría apuntar a una crisis en la cosmología.

Muchos de los primeros astrónomos sostuvieron que el universo era una esfera de estrellas, que encierra el sistema solar y se centra en una Tierra fija e inmóvil. Pero a lo largo de los siglos, los astrónomos descubrieron que nuestro Sol era simplemente uno de los miles de millones dentro de una galaxia, y había innumerables galaxias esparcidas en miles de millones de años luz de espacio. La cuestión de la forma de la creación parecía un punto discutible. Las estrellas y las galaxias existían dentro del espacio vacío. ¿Qué podría ser el espacio sino un lienzo en blanco: plano, euclidiano y desprovisto de estructura?

Luego, a principios del siglo XX, Albert Einstein desarrolló su teoría de la relatividad general. En él, el espacio no era un lienzo en blanco. Podría doblarse y estirarse, torcerse y deformarse, según la posición y el movimiento de la masa en el universo. Estas deformaciones espaciales desviaron la luz y la materia, provocando el efecto que llamamos gravedad. Con la relatividad, el espacio podría adoptar diferentes formas. Entonces era posible que el universo pudiera tener una forma cósmica general, al igual que la Tierra es, en general, redonda.

En términos muy generales, la relatividad general permitiría que el universo tuviera una de tres formas: plana, cerrada o abierta.

Flat es la forma en que pensamos en el espacio en nuestra vida cotidiana. Es el espacio euclidiano del que aprendemos en la escuela. El espacio plano se extiende uniformemente en todas las direcciones, y dos haces de luz paralelos permanecerían paralelos para siempre.

El espacio abierto se puede imaginar con forma de silla de montar. Se dobla de tal manera que diverge a medida que se extiende hacia afuera. Dos haces de luz inicialmente paralelos se separarían gradualmente, alejándose ligeramente entre sí a medida que atraviesan el cosmos.

El espacio cerrado es generalmente esférico. Converge a medida que se extiende, de modo que los haces de luz paralelos eventualmente se encontrarían y se cruzarían, como líneas de longitud en la Tierra.

Cabe mencionar que ninguno de estos tiene que lidiar con el hecho de que el universo en su conjunto se está expandiendo. La expansión cósmica significa que los puntos en el espacio se están separando con el tiempo. La forma del universo se ocupa de la forma del espacio. Un globo esférico se puede expandir a medida que se infla, al igual que una lámina de goma plana se puede estirar y permanecer plana. Entonces, nuestro universo en expansión podría ser plano, abierto o cerrado.

Dado que la curvatura del espacio se ve afectada por la presencia de masa, la forma general del universo depende de la densidad promedio de materia dentro de él. En la relatividad general, este valor viene dado por el parámetro de densidad, que es la relación entre la densidad observada y la “densidad crítica” necesaria para que el universo sea plano. Si el parámetro de densidad es 1, entonces el universo es plano. Si es mayor que 1, está cerrado y está abierto si el parámetro de densidad es menor que 1. Las mediciones de la densidad cósmica han dado consistentemente un valor de 1. Hasta los límites de la observación, el universo es plano, como sospechamos durante mucho tiempo..

Pero hay otra forma de medir la forma del cosmos, y es observar el tamaño aparente de objetos muy distantes. Todo vuelve al comportamiento de los haces de luz paralelos. En un universo plano, las líneas paralelas permanecen paralelas, por lo que la luz que proviene de dos lados de una galaxia distante nos llega en línea recta. Sus ángulos entre sí permanecen iguales, por lo que la galaxia parece tener su tamaño real.

Si el universo está abierto, las líneas paralelas divergen con la distancia. Entonces, la luz de nuestra galaxia distante se vuelve más paralela a medida que nos llega. Esto significa que la galaxia parecería más pequeña de lo que es. Si el universo está cerrado, se produce la curvatura opuesta de la luz y la galaxia parecería más grande de lo que es.

En un nuevo artículo publicado en Nature , un equipo no analizó las galaxias, sino las fluctuaciones dentro del Fondo Cósmico de Microondas ( CMB ). El CMB es la luz remanente del Big Bang y es la luz más distante que podemos ver en el universo. Por eso, es la luz más afectada por la forma del universo. La escala de fluctuaciones en el CMB está determinada por la cantidad de materia oscura y energía oscura en el universo, que conocemos, por lo que sabemos qué tan grandes deben aparecer las fluctuaciones. Cuando el equipo analizó los datos de CMB de la nave espacial Plank, encontraron que las fluctuaciones eran mayores de lo esperado. Esto significa que, con una certeza del 99%, el universo es cerrado, no plano.

Esta nueva investigación contradice numerosos estudios previos que muestran que el universo es plano. Puede haber algún error sistemático en los datos de Planck que hace que el universo parezca curvo, pero si la investigación es precisa, apunta a una brecha en nuestra comprensión. Por ahora, la forma del universo no está clara.