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1.2. Expansión del Universo I


   
 
   
       
 

Recordemos que la ley de Hubble, v = Ho x d, establece sobre bases puramente empíricas, que a partir de una distancia suficientemente grande todas las galaxias se alejan de nosotros con una velocidad que es proporcional a su distancia. Este resultado es independiente de la dirección de observación. Las galaxias próximas, por ejemplo aquellas que son miembros del Grupo Local, no verifican esta ley. Aproximadamente la mitad se acerca a nosotros y el resto se aleja. Las velocidades de sus miembros están comprendidas en un rango muy amplio y no aparecen relacionadas con la distancias. El propio Grupo Local está sometido además a la atracción del cúmulo de galaxias Virgo. Las velocidades, que llamaremos peculiares, medidas en estas galaxias cercanas son debidas prioritariamente a sus movimientos orbitales y perturbaciones provocadas por miembros del propio Grupo y los cúmulos masivos próximos. Por ejemplo la velocidad medida en la Gran Nube de Magallanes, es mil veces mayor que la resultante de aplicar la ley de Hubble. Las galaxias lejanas tienen también estos movimientos peculiares por lo que en principio sus velocidades no deberían ser las mismas por el hecho de estar a la misma distancia, teniendo en cuenta que pueden incluso estar ubicadas en cúmulos de características dinámicas muy diferentes.

   
       
 
 

Figura 8-1-1: Ley de Hubble

   
       
 

La Gran Nube de Magallanes es la galaxia más próxima y tiene una velocidad de 270 km/s. Pero si estuviera a 400 millones de años luz y su movimiento peculiar fuera el mismo que tiene en el Grupo Local, su velocidad sería de unos 9000 km/s, duplicándose este valor si la distancia fuera el doble. Cuanto mayor es la distancia más grandes son las velocidades y este resultado indica que las galaxias están participando de un movimiento de expansión uniforme. Así la distancia entre galaxias vecinas aumenta por el mismo factor en un intervalo dado de tiempo. Consideramos el movimiento relativo de dos galaxias B y C respecto de la galaxia A ( figura 8-1-1). En un instante dado del pasado, la distancia CA es doble de BA. La velocidad de C duplica la que tiene B. En el instante actual, las distancias CA y BA son mayores, pero CA sigue siendo el doble de BA y lo mismo ocurre con la velocidad de recesión. Este resultado es una consecuencia de la expansión uniforme del espacio .

Si el universo está actualmente en expansión, como muestra la ley de Hubble, podemos predecir que en el pasado su volumen fue más pequeño, y en consecuencia su densidad y temperatura tuvieron que ser mayores. No es sorprendente entonces que la edad del universo esté relacionada con la tasa de expansión y dependa de la constante de Hubble, Ho.

 
 
       
Homogeneidad e isotropía


 
 
   
  Figura 8-1-2: Inhomogeneidad del universo    
       
 

El universo cercano es obviamente inhomogeneo. Sin embargo, si nosotros consideramos escalas cada vez mayores, la inhomogeneidad es cada vez más pequeña y finalmente las imágenes que obtenemos de las distintas regiones del cielo son intercambiables. La figura 8-1-2 es una evidencia impresionante de esta propiedad del universo. Muestra como están repartidas en el cielo las galaxias que tienen emisiones significativas en la banda de radio. Esta propiedad permite observarlas a grandes distancias por lo que son indicadores muy útiles de la distribución de materia a gran escala. Otros objetos, como galaxias emisoras de rayos X, cuasares, etc., producen resultados similares. Desgraciadamente estas observaciones no permiten asegurar por si mismas la homogeneidad e isotropía con precisión suficiente.

Las pruebas más concluyentes las proporciona la Radiación Cósmica de Fondo, descubierta por Penzias y Wilson en 1965. Cuando estos ingenieros de los laboratorios de la Bell Telephone estaban realizando pruebas con una antena, diseñada para facilitar las comunicaciones telefónicas vía satélite en la banda de las microondas, detectaron un ruido de fondo que no estaba originado por los instrumentos ni por ninguna fuente conocida del espacio exterior. Además, en cualquier región del cielo apuntada por la antena, aparecía la perturbación con las mismas características. Esta radiación tiene la misma distribución que la emitida por un cuerpo negro de 3 grados Kelvin. Este resultado es importante por varias razones.

Cuando observamos en cualquier dirección donde no haya fuentes emisoras concretas, por ejemplo el Sol, estrellas, galaxias, etc., la radiación cósmica de fondo tiene la misma temperatura y las mismas propiedades, confirmando así la homogeneidad e isotropía del universo.

   
       
     
  Figura 8-1-3: Radiación cosmica de fondo.    
       
 

El estudio de la radiación cómica de fondo ha sido objeto de un gran número de publicaciones y experiencias. Las más destacables y concluyentes fueron realizadas con el satélite COBE, que observó el cielo no sólo en la banda milimétrica sino también en el infrarrojo cercano. Los resultados obtenidos ( figura 8-1-3 ) confirman que la distribución de la radiación es la de un cuerpo negro y mejoran la medida de la temperatura, que es de 2.735 K. Al observar en direcciones diferentes, el COBE ha encontrado variaciones de la intensidad de la radiación que son del orden de 1/100000. Estas anisotropías son muy pequeñas pero importantes porque reflejan la existencia en el pasado de procesos determinantes para la formación de las estructuras materiales y evidencian además la existencia de materia obscura, cuya naturaleza y propiedades son diferentes de la ordinaria.

En resumen, no hay ningún dato que nos permita afirmar que la Tierra o nuestra Galaxia ocupan una posición singular en el universo. Tampoco observamos ningún punto que pueda ser considerado como centro del universo ni que exista dirección preferente alguna.

   
       
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