Tamaño y edad del universo

El tamaño del universo

El Universo abarca todo lo conocido: la materia, la energía, el espacio y el tiempo. Las escalas en el universo son tan grandes que ni siquiera podemos imaginarlas.

Para hacernos una idea, por cada grano de arena que hay en la Tierra, existen un millón de estrellas, o más. Nuestra galaxia es sólo una entre cientos de miles de millones de galaxias.

Aun así, toda la materia del Cosmos es sólo una pequeñísima parte del universo. El Universo es, sobre todo, un inmenso espacio casi vacío.

Es imposible conocer el tamaño exacto del Universo. Podría incluso ser infinito, aunque no parece probable. Al no saber qué forma tiene, tampoco podemos calcular su tamaño. Además, sigue expandiéndose. Sólo conocemos el tamaño del Universo visible desde la Tierra.

El Universo Observable. ¿Hasta dónde puedes ver? Todo lo que puedes ver, y todo lo que posiblemente puedas ver, en este momento, suponiendo que tus ojos puedan detectar todo tipo de radiaciones a tu alrededor, es el universo observable. En la luz, lo más lejano que podemos ver proviene del fondo cósmico de microondas, hace 13.800 millones de años, cuando el universo era opaco como una niebla espesa. Algunos neutrinos y ondas gravitacionales que nos rodean provienen incluso de más lejos, pero la humanidad aún no tiene la tecnología para detectarlos. La imagen destacada ilustra el universo observable en una escala cada vez más compacta, con la Tierra y el Sol en el centro rodeados por nuestro Sistema Solar, estrellas cercanas, galaxias cercanas, galaxias distantes, filamentos de materia primitiva y el fondo cósmico de microondas. Los cosmólogos suelen asumir que nuestro universo observable es solo la parte cercana de una entidad mayor conocida como "el universo" donde se aplica la misma física. Sin embargo, hay varias líneas de razonamiento popular pero especulativo que afirman que incluso nuestro universo es parte de un multiverso mayor donde ocurren diferentes constantes físicas, se aplican diferentes leyes físicas, operan dimensiones más altas o versiones ligeramente diferentes por casualidad de nuestro estándar. universo existe. Crédito de la ilustración y licencia: Wikipedia, Pablo Carlos Budassi

Tamaño del Universo visible

El límite del Universo visible desde la Tierra está a 46.500 millones de años luz, en todas las direcciones. Es decir, un diámetro de 93.000 millones de años luz. Un año luz son 9'46 billones de kilómetros.

El cálculo es enorme, y aun así, es sólo la parte del Universo que podemos ver. Tras el Big Bang, el Universo se expandió tan rápidamente que parte de su luz aún no ha llegado hasta nosotros y, por eso, no podemos verlo.

Pero si el Universo sólo tiene 13.700 millones de años, ¿cómo puede haber objetos más alejados? ¿Es posible que se hayan alejado más rápidamente que la velocidad de la luz? La respuesta es la inflación del Universo.

La inflación es el origen de todo: del propio espacio, del tiempo, y de todas las leyes físicas conocidas, incluido el límite de la velocidad de la luz. Todo se crea en la propia inflación. Así que la inflación del Universo no está sometida al límite de la velocidad de la luz. La inflación crea nuevo espacio entre los objetos y los aleja.

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Universo observable

El universo observable, horizonte del universo u horizonte cosmológico constituye la parte visible del universo total. Parece tener un espacio-tiempo geométricamente plano. Tiene un radio de 4,40 x 10^26 m (46 500 millones de años luz), un volumen de 1,08 x 10^79 m³ y una masa de 9,27 x 10^52 kg, por lo que la densidad masa-energía equivalente es de 8,58 x 10^-27 kg/m³. La densidad media de sus constituyentes primarios es de un 68,3 % de energía oscura, un 26,8 % de materia oscura fría y un 4,9% de materia ordinaria, según datos recogidos por la sonda Planck. Así, la densidad de los átomos está en el orden del núcleo de hidrógeno sencillo para cada cuatro metros cúbicos.​ La naturaleza de la energía oscura y la materia oscura fría sigue siendo un misterio. Aunque se han propuesto diferentes candidatos para ambas cosas (como partículas y fuerzas ya existentes o nuevas, o modificaciones de la relatividad general) no existe confirmación experimental sobre ninguna de las propuestas.

El universo observable es tan solo aquella pequeña parte que podemos detectar del universo total. En base a la geometría plana descubierta en el universo observable se ha conjeturado que el universo total sea mucho más grande o, incluso, pueda ser infinito en extensión.

Límite del universo observable

Actualmente el límite del universo observable es la radiación cósmica de microondas que se encuentra a una distancia de corrimiento al rojo de z=1089, lo que quiere decir que podemos ver al universo desde que tenía tan solo 380 mil años de edad. En caso de que se detectara el fondo cósmico de neutrinos o el fondo estocástico de ondas gravitacionales el límite del universo observable se ampliaría a unas distancias del corrimiento al rojo por arriba de z>10^10 o a unas fracciones de segundo después del Big Bang.

Tamaño aparente

Es el tamaño basado solo en el recorrido de las ondas de luz desde su primera fuente de emisión y corresponde a un radio aproximado de 13.700 millones de años luz. Es un tamaño relativo pues proviene del pasado, de estados más densos del universo y no contempla el estado de uniformidad u homogeneidad de la densidad actual a otros puntos tras una posterior expansión del universo.

Distancia comóvil

La distancia comóvil es la distancia calculada tomando como base las condiciones actuales del universo, es decir, es la estimación de su tamaño actual tras incluir la expansión ulterior de los elementos más profundos del universo visible.

Se ha estimado que el radio del universo observable sea alrededor de unos 46.500 millones de años luz en todas las direcciones desde la Tierra, así el universo visible se puede considerar como una esfera perfecta con la Tierra en el centro y un diámetro de unos 93.000 millones de años luz/880.000 trillones de km (5.865 billones UA).

Hay que notar que muchas fuentes han publicado una amplia variedad de cifras para el tamaño del universo visible, desde 13.700 hasta 180.000 millones de años luz. Aunque la edad del universo sea de 13.700 millones de años, la expansión producida debido al Big Bang hace que el universo más lejano observable se haya alejado mucho más que esa distancia, a pesar de haber recorrido menos de 13.700 millones de años luz (1,37 x 10^10).

Velocidades del corrimiento al rojo

Debido a que distintos análisis sobre la historia de la expansión del universo pudieran arrojar diferentes estimaciones del tamaño en unidades de distancia, los científicos prefieren utilizar la estimación de los objetos profundos tomando como referencia sus desplazamientos de onda al rojo, es decir, que tanto están alargadas sus ondas electromagnéticas debido al efecto de la expansión del universo. Por ejemplo, la galaxia más lejana detectada se aleja en un factor de 11 y se describe que está a una distancia de z=11. En el caso del fondo cósmico de microondas, lo más alejado detectado a la fecha o límite del universo observado, se desplaza en un factor de 1089 y se dice que está a z=1089.

Las anisotropías del fondo cósmico de microondas, o CMB, según lo observado por la misión Planck de la ESA. El CMB es una instantánea de la luz más antigua de nuestro cosmos, impresa en el cielo cuando el Universo tenía solo 380 000 años. Muestra pequeñas fluctuaciones de temperatura que corresponden a regiones de densidades ligeramente diferentes, que representan las semillas de todas las estructuras futuras: las estrellas y galaxias de hoy. La primera vista en esta secuencia muestra anisotropías en la temperatura del CMB a la resolución completa obtenida por Planck. En la segunda vista, las anisotropías de temperatura se filtraron para mostrar principalmente la señal detectada en escalas alrededor de 5º en el cielo. La tercera vista muestra las anisotropías de temperatura filtradas con una indicación adicional de la dirección de la fracción polarizada del CMB. Una pequeña fracción del CMB está polarizada: vibra en una dirección preferida. Este es el resultado del último encuentro de esta luz con electrones, justo antes de comenzar su viaje cósmico. Por esta razón, la polarización del CMB retiene información sobre la distribución de materia en el Universo temprano, y su patrón en el cielo sigue el de las pequeñas fluctuaciones observadas en la temperatura del CMB. Estas imágenes se basan en datos del lanzamiento de Planck Legacy, el lanzamiento final de los datos de la misión, publicado en julio de 2018. 

Edad del universo

La edad del universo, de acuerdo con la teoría del Big Bang (Gran Explosión), es el tiempo histórico del universo definido por su enfriamiento y expansión desde su densidad singular en la Gran Explosión. El consenso de los científicos contemporáneos es de unos 13 787 millones de años, (± 200 millones), con base en el modelo Lambda-CDM.

La incertidumbre se ha reducido a 20 millones de años, basándose en una serie de estudios que dieron cifras extremadamente similares para la edad. Estos incluyen estudios de la radiación de fondo de microondas y mediciones realizadas por la nave espacial Planck, la sonda de anisotropía de microondas Wilkinson y otras sondas. Las mediciones de la radiación cósmica de fondo dan el tiempo de enfriamiento del universo desde el Big Bang, y las mediciones de la velocidad de expansión del universo pueden utilizarse para calcular su edad aproximada extrapolando hacia atrás en el tiempo.

En la ciencia moderna el modelo más prudente (y ampliamente aceptado) de la formación del universo es la Gran Explosión. La teoría de la Gran Explosión no especula sobre qué puede haber existido «antes», incluso si esta pregunta tiene algún sentido. Sin embargo hay alternativas. En algunos modelos cosmológicos (como la teoría del estado estacionario o el universo estático) donde no hay Gran Explosión y el universo tiene edad infinita: sin embargo, los científicos contemporáneos consensuan que las pruebas observacionales irrefrenablemente apoyan la ocurrencia de una gran explosión. Hay también modelos cosmológicos (como el modelo cíclico) en el que el universo ha existido siempre pero ha sufrido una serie repetida de grandes explosiones y Big Crunches. Si estos modelos son correctos, entonces la edad del universo descrita en este artículo se puede tomar como el tiempo transcurrido desde la última Gran Explosión hasta el presente.

Hay siempre una ambigüedad en la relatividad especial y la relatividad general definiendo de forma precisa qué se entiende por tiempo entre dos eventos. En general, el tiempo propio medido por un reloj depende de su estado de movimiento. En la métrica FLRW generalmente se toma para describir el universo, la medida preferida de tiempo es la coordenada del tiempo (t) que aparece en la métrica.

Edad basada en el WMAP

El proyecto WMAP de la NASA estimó la edad del universo en 2010 sobre la base de las mediciones de la radiación de fondo que realizó.

Esto es, el universo tiene unos 13.700 millones de años, con una incertidumbre de 200 millones de años. Sin embargo, esta edad está basada en la suposición de que el modelo utilizado en el proyecto es correcto; otros métodos de estimación de la edad del universo podrían dar edades diferentes. La sonda Planck posterior europea confirmó esencialmente esa edad en 2013.

La medida del WMAP está realizada utilizando la localización del primer pico acústico en el espectro de potencia de la radiación de fondo de microondas para determinar el tamaño de la superficie desacople (tamaño del universo en el momento de la recombinación). El tiempo de viaje de la luz a esta superficie (dependiendo de la geometría utilizada) produce una edad fiable para el universo. Asumiendo la validez de los modelos utilizados para determinar esta edad, la precisión residual proporciona un margen de error cercano al 1%.

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