Mira hacia arriba en una noche clara y cada estrella, planeta y nebulosa brillante que puedas ver pertenece a una pequeña minoría. La materia oscura constituye el 85% de la masa total del universo, mientras que la materia oscura y la energía oscura juntas suman el 95% de su contenido total de masa-energía. La materia ordinaria – todo lo que está hecho de átomos, incluida cada estrella y cada lector de esta página – es un error de redondeo en comparación.
El universo es todo: toda la materia, energía y las estructuras que forman, desde partículas subatómicas hasta filamentos galácticos. Ha estado expandiéndose durante 13.800 millones de años, comenzando desde una bola de fuego densa en el Big Bang, y los cosmólogos han pasado el último siglo mapeando cuán extraño es esa expansión, y sus contenidos, realmente.
Una Burbuja De 93 Mil Millones De Años Luz De Ancho
La parte del universo que realmente podemos observar es una esfera centrada en la Tierra. La distancia propia entre la Tierra y el borde del universo observable es de 46 mil millones de años luz, haciendo que la burbuja completa tenga aproximadamente 93 mil millones de años luz de ancho. Este número sorprende a las personas que asumen que "13.800 millones de años" debería limitar el universo visible a 13.800 millones de años luz de radio.
La resolución es que la luz y el espacio están haciendo dos cosas diferentes. La luz desde el borde del universo observable ha estado viajando durante casi los 13.800 millones de años de la edad del universo, pero la distancia propia a ese borde es mayor, porque el borde y la Tierra han seguido alejándose mientras el espacio mismo se expandía durante el viaje. La luz es vieja; el espacio que cruzó ha seguido estirándose debajo de ella.
Nadie sabe cuán grande es el universo total – solo cuánto de él podemos ver desde aquí. La cifra de 93 mil millones de años luz es un horizonte, no un muro.
Más Estrellas Que Granos De Arena En Cada Playa
Dentro de ese horizonte, los números se vuelven casi absurdos. El universo observable contiene hasta estimadas 2 billones de galaxias y, en general, hasta estimadas 10^24 estrellas – más estrellas que todos los granos de arena en cada playa de la Tierra.
Esta comparación no es un adorno retórico; es el tipo de número que deja de significar algo en el momento en que intentas imaginarlo. Dos billones de galaxias es aproximadamente 250 galaxias por cada persona viva actualmente, y cada una de esas galaxias puede contener cientos de miles de millones de estrellas. La Vía Láctea es una galaxia entre ese recuento, orbitando nada especial, en ningún lugar especial.
Un Universo Que Es 95% Invisible
Aquí viene la parte que mantiene despiertos a los físicos de noche: la mayoría de esa masa-energía no está hecha de átomos en absoluto. La densidad de masa-energía del universo es 68% energía oscura, 27% materia oscura y 5% materia ordinaria – lo que hace las estrellas, planetas y personas.
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Se estima que la materia oscura por sí sola constituye el 26,8% de la masa-energía total del universo pero el 84,5% de la materia total en él. En otras palabras, cuando los astrónomos hablan de "materia" en sentido cósmico, cinco de cada seis unidades de ello es materia oscura, no átomos. No emite, absorbe ni refleja luz, y su presencia se infiere completamente de su gravedad – simplemente no aparece en el 5% que podemos detectar directamente.
Incluso el 5% etiquetado como "materia ordinaria" es engañoso si imaginas estrellas. La gran mayoría de la materia ordinaria en el universo es invisible, ya que las estrellas visibles y el gas dentro de galaxias y cúmulos representan menos del 10% de la contribución de la materia ordinaria a la densidad de masa-energía del universo. La mayoría de los átomos que existen no brillan en ninguna parte – son gas difuso disperso entre y alrededor de galaxias, nunca lo suficientemente denso para encenderse.
Diez Mil Millones a Uno: Cómo Ganó la Materia
La física predice que el Big Bang debería haber creado materia y antimateria en cantidades iguales, que se habrían aniquilado mutuamente en energía pura y no habrían dejado nada – sin galaxias, sin estrellas, sin lectores. Obviamente no resultó así: el universo tiene 10 mil millones de veces más materia que antimateria.
Esa proporción desigual es uno de los rompecabezas abiertos de la cosmología, y es también la razón por la que existe algo en absoluto. Incluso con la ventaja de diez mil millones a uno de la materia, el universo resultante sigue siendo notablemente disperso. La densidad promedio del universo, distribuida a través de todo ese espacio, es de aproximadamente 1 protón por 200 litros – más vacío que la mejor cámara de vacío jamás construida en la Tierra.
La Fotografía Más Antigua Del Universo
El fondo de microondas cósmico, o CMB, es lo más parecido que la cosmología tiene a una foto de bebé. Es la radiación de brillo residual dejada hace aproximadamente 380.000 años después del Big Bang, cuando la temperatura del universo cayó por primera vez al punto en que los núcleos podían combinarse con los electrones para crear átomos neutros, permitiendo que la luz viajara libremente por primera vez.
Ese brillo se ha enfriado desde entonces. Hoy el CMB tiene un espectro de cuerpo negro térmico a una temperatura de 2,72548±0,00057 K – unos pocos grados por encima del cero absoluto, uniforme en todo el cielo.
Fue descubierto casi por accidente. El descubrimiento del CMB en 1964 por los radioastrónomos estadounidenses Arno Allan Penzias y Robert Woodrow Wilson fue la culminación del trabajo iniciado en los años 40; estaban tratando de eliminar ruido de una antena de radio y en su lugar descubrieron el calor residual del propio Big Bang.
El CMB también es casi, pero no del todo, perfectamente suave. Es isotrópico a aproximadamente una parte en 25.000, con variaciones cuadráticas medias de poco más de 100 μK una vez que se resta el dipolo causado por nuestro propio movimiento. Este dipolo es en sí mismo un dato digno de conocer: es causado por la velocidad peculiar propia del Sol de 369,82±0,11 km/s en relación con el marco de reposo cósmico comóvil, cuando el Sistema Solar se desplaza hacia la constelación del Cráter cerca de su límite con Leo. Incluso estando quieto en la Tierra, estás siendo transportado a través de la luz más antigua del universo a esa velocidad.
El Empuje Que Está Ganando
La energía oscura es el ingrediente más extraño en la mezcla, precisamente porque es tan delgada. La densidad de energía oscura es muy baja, aproximadamente 7×10−30 g/cm3, mucho más baja que la densidad de materia ordinaria o materia oscura dentro de galaxias. Una sola galaxia empaqueta enormemente más masa en su volumen que la energía oscura en el mismo espacio.
Sin embargo, domina el presupuesto energético general del universo, porque a diferencia de la materia no se diluye a medida que el espacio se expande – llena cada nuevo metro cúbico de espacio con la misma densidad baja, y el espacio sigue haciendo más metros cúbicos. La prueba de que este empuje es real, en lugar de teórico, vino en 1999: el Proyecto de Cosmología de Supernovas encontró evidencia de que la expansión del universo se está acelerando, en lugar de desacelerarse bajo su propia gravedad como los astrónomos habían asumido. Algo estaba empujando contra la gravedad a las escalas más grandes, y ha estado ganando desde entonces.
El Borde Más Lejano De Lo Que Podemos Ver
En el límite externo del universo observable se sienta el actual poseedor del récord de distancia: el objeto astronómico más distante identificado es una galaxia clasificada como MoM-z14, con un corrimiento al rojo de 14,44. Su luz salió de casa cuando el universo era una pequeña fracción de su edad actual, y ha estado viajando hacia nosotros desde entonces.
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Amplía hacia atrás a la escala de cúmulos galácticos y supercúmulos, y la estructura del universo eventualmente se acaba. A escalas entre 30 y 200 megaparsecs parece no haber estructura a gran escala continuada en el universo, un fenómeno denominado Fin de la Grandeza – más allá de ese tamaño, la red cósmica de filamentos y vacíos da paso a un universo que se ve estadísticamente igual en todas las direcciones. La estructura tiene un límite; la uniformidad no.