¿Cómo sabemos que el universo se expande?
La expansión se infiere de corrimientos al rojo, distancias galácticas, la relación Hubble-Lemaître, el fondo cósmico de microondas y la coherencia de modelos cosmológicos.
Respuesta breve
Sabemos que el universo se expande porque la luz de galaxias lejanas aparece corrida hacia longitudes de onda más largas y, al comparar ese corrimiento con distancias independientes, se observa que las galaxias más lejanas se alejan más rápido en promedio. Esta relación, junto con el fondo cósmico de microondas y otras evidencias cosmológicas, apoya la idea de que el espacio mismo ha estado expandiéndose.
La pista visible: la luz cambia de longitud de onda
La luz contiene líneas espectrales asociadas a elementos químicos. Si una galaxia muestra las mismas líneas que conocemos en laboratorio, pero desplazadas hacia el rojo, la interpretación más natural es que su luz fue estirada. En astronomía, ese estiramiento se cuantifica como corrimiento al rojo.
Un corrimiento al rojo puede tener varias causas. En cosmología, para galaxias lejanas, la explicación dominante no es simplemente que estén viajando a través de un espacio fijo como proyectiles, sino que la escala del espacio ha aumentado mientras la luz viajaba.
Distancia y velocidad aparente
La clave fue comparar corrimientos al rojo con distancias. Edwin Hubble y Georges Lemaître mostraron que, en promedio, cuanto más distante una galaxia, mayor su corrimiento al rojo. Esa relación no significa que la Tierra esté en el centro de una explosión. En una expansión homogénea, cualquier observador en cualquier galaxia vería a otras galaxias alejarse en promedio.
La medición de distancias astronómicas no es trivial. Usa una “escalera de distancias”: paralaje para estrellas cercanas, cefeidas y otros indicadores para distancias mayores, supernovas y métodos adicionales para escalas cosmológicas. Cada peldaño tiene incertidumbres, pero la expansión no depende de una sola galaxia.
El fondo cósmico de microondas
Si el universo temprano fue más caliente y denso, debería quedar una radiación residual enfriada por la expansión. Esa radiación se observa como fondo cósmico de microondas, casi uniforme en todas direcciones con pequeñas anisotropías. Su existencia y propiedades encajan con un universo en expansión desde un estado temprano caliente.
El fondo cósmico no es una fotografía directa del Big Bang como instante cero. Es luz liberada cuando el universo se volvió transparente, cientos de miles de años después del inicio de la expansión caliente. Aun así, es una prueba central de la historia térmica del universo.
Qué alternativas se descartaron
Modelos como la “luz cansada” intentaron explicar el corrimiento al rojo sin expansión: la luz perdería energía durante el viaje. Pero esas ideas tienen problemas para explicar simultáneamente la dilatación temporal observada en supernovas, el espectro del fondo cósmico y otras relaciones cosmológicas. No basta explicar una pista; hay que explicar el conjunto.
Qué incertidumbre queda
La expansión está muy bien establecida. Lo que sigue en investigación es su tasa exacta en diferentes métodos, la tensión entre mediciones locales y mediciones inferidas del universo temprano, y la naturaleza de la energía oscura asociada a la expansión acelerada. La incertidumbre no está en si el universo se expande, sino en detalles de cuánto, cómo y por qué cambia su ritmo.
Fuentes y lecturas principales
- Hubble, Edwin. “A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae.” PNAS, 1929.
- Lemaître, Georges. Artículos sobre universo en expansión, 1927.
- NASA/WMAP y ESA/Planck, recursos sobre cosmología y fondo cósmico de microondas.
- Ryden, Barbara. Introduction to Cosmology.