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1/3/19 - DJ:

El Universo que no miramos

T.E.L: 6 min.

Sobre la Ley de Hubble, ahora nombrada Ley de Hubble-Lemaître y sus consecuencias astronómicas.



A fines de 2018 la IAU (Unión Astronómica Internacional) decidió por votación de sus miembros, cambiar el nombre a la Ley de Hubble como Ley de Hubble-Lemaître para reconocer el aporte del astrónomo (y sacerdote) belga.
En la Asamblea General XXX, a través de la resolución B4, la IAU dice que:
Considerando
1. Que el descubrimiento de la aparente recesión de las galaxias, que es usualmente referida como "Ley de Hubble", es uno de los mayores hitos en el desarrollo de la astronomía en el último siglo y puede ser considerada uno de los pilares fundamentales de la cosmología moderna;

2. Que el astrónomo belga Georges Lemaître, en 1927, publicó (en francés) el paper titulado "Un Univers homogene de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nebuleuses extra-galactiques". En ese trabajo redescubrió la solución dinámica de Friedman a las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad de Einstein que describe un universo en expansión. También infirió que la expansión del universo implica que el espectro de las galaxias distantes tienen un corrimiento al rojo en cantidad proporcional a su distancia. Finalmente, usó datos publicados de las velocidades y distancias fotométricas de las galaxias para derivar la tasa de expansión del universo;

3. Que para el tiempo de la publicación, la limitada popularidad del Journal en el que se publicó el paper y el idioma usado ocasionó que el notable descubrimiento pasara desapercibido por la comunidad astronómica;

4. Que tanto Lemaître (miembro IAU desde 1925), como Hubble (miembro IAU desde 1922) asistieron a la 3ra Asamblea General en Leiden en julio de 1928 e intercambiaron opiniones sobre la relevancia del corrimiento al rojo y los datos observacionales de velocidad en nebulosas extragalácticas (como se llamaba entonces a las galaxias);

5. Que Edwin Hubble, en 1929, publicó el paper titulado "A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae" en el que propone y deriva la relación linear distancia-velocidad para las galaxias, incluyendo finalmente nuevos datos en otro paper de 1931 con Humason. Poco después de eso, la expansión cósmica se conoció universalmente como "Ley de Hubble";

6. Que en 1931, invitado por el journal MNRAS, Lemaître tradujo al inglés su original de 1927, omitiendo deliberadamente la sección en la que derivó la tasa de expansión porque no encontró aconsejable republicar esa discusión sobre velocidades radiales, "que no es de actual interés";

y como consecuencia:

7. Pagar tributo a ambos astrónomos por sus contribuciones fundamentales;
8. Honrar la integridad intelectual de Georges Lemaître que prefirió el progreso de la ciencia a su propio beneficio;
9. Resaltar el rol de la Asambleas de la IAU en fomentar los intercambios de visión;
10. Informar los futuros discursos científicos con datos históricos.

y resolver
11. Recomendar que desde ahora, la expansión del universo debe ser referida como "Ley de Hubble-Lemaître".

La resolución fue votada por un total de 4060 astrónomos, de los cuales 3169 (78%) lo hizo a favor; 798 (20%) en contra; y 93 (2%) se abstuvo.

LAS CONSECUENCIAS DE H0
La Ley de Hubble–Lemaître contiene una constante, la Constante de Hubble (H0), que fue medida desde la década de 1920. Las primeras mediciones eran muy altas, alrededor de 500 km/s/Mpc. Enseguida explicaré esa unidad de medida combinada. Recientes mediciones, hechas con instrumentos y métodos diferentes, dieron resultados mucho más bajos.
En cualquier caso, el valor de H0 está en torno a 70 (km/s)/Mpc.
Mpc significa Megapársecs. 1 pársec es una unidad de medida equivalente a 3,26 años luz. El prefijo "mega" significa un millón, por tanto, 1 Mpc equivale a 1 millón de pársecs (3,26 M de años luz).

El valor H implica que, si una galaxia se halla a 1 Mpc de distancia de la Tierra, tiene una velocidad de recesión de 70 km/s. Esta velocidad no es la velocidad propia, sino la velocidad aparente, dada por la expansión del espacio entre nosotros y la galaxia.
Si, en cambio, una galaxia se encuentra a 2 Mpc de distancia, su velocidad es H*2, 140 km/s. Y si se halla a 3 Mpc, la velocidad será 210 km/s.
O sea: V=H*D, donde V es la velocidad de recesión, H es la constante y D es la distancia a la galaxia en Mpc.

Si esto es así, cabría preguntarse: ¿habrá alguna galaxia cuya velocidad de recesión sea muy alta? Una velocidad muy alta puede ser la velocidad de la luz, 300.000 km/s. Si hubiera una galaxia con tal velocidad, ¿a qué distancia estaría?
Y podemos responder en forma algebraica, despejando la ecuación anterior, por tanto:
si V=H*D, entonces D=V/H.


Si queremos saber a qué distancia se encontraría una galaxia y sabemos su velocidad y la constante, al dividir esas dos cantidades, obtenemos la distancia en Mpc: 300.000/70= 4285 Mpc. Al pasar Mpc a años luz, multiplicamos por 3,26 M y obtenemos 14 mil millones de años luz.

En consecuencia, si una galaxia se encuentra a esa distancia, se aleja de nosotros a la velocidad de la luz y, por ende, si cualquier galaxia se encuentra más lejos, se aleja más rápido que la velocidad de la luz. Esto no viola la Ley de Relatividad, que indica que es imposible que un objeto con masa alcance esa velocidad y que las partículas sin masa solo tienen esa velocidad, pero no mayor. Lo que tiene esa velocidad no son las galaxias (que tienen masa), sino el propio espacio-tiempo, cuya composición es desconocida.

Es posible pensar el resultado de esta forma: imaginemos a la Tierra en el centro de un círculo (o esfera, ya que el universo tiene tres dimensiones espaciales) cuyo radio es 14 mil millones de años luz. Todo lo que se encuentre fuera de ese círculo (o esfera) se aleja más rápido que la velocidad de luz. Y por tanto, todo eso no puede ser observado, ya que esas galaxias emiten luz que viaja a la velocidad de la luz, pero el espacio entre esas galaxias y nosotros se expande a mayor velocidad, por lo que la luz de esas galaxias no puede llegar nunca a nosotros. Al círculo-esfera antes mencionado se lo conoce como "Universo observable".


Este dato, sin embargo, tiene un problema: si se puede observar una galaxia justo en el borde de esta esfera, porque su luz sí llega a nosotros, estaremos viendo una galaxia tal y como era hace 14 mil millones de años, durante los cuales el universo se expandió, por tanto, tal galaxia ahora, no debe estar allí, sino mucho más lejos (se dice a eso "distancia comóvil"). Los cálculos indican que el radio del universo observable es, en realidad, 46.500 millones de años luz, o bien, una esfera con diámetro de 93.000 millones de años luz. Es por esta razón que los astrónomos profesionales no usan distancias cuando se trata del universo temprano, sino el valor z, el corrimiento al rojo cosmológico.

Hay que agregar que esta frontera no es la única: el modelo actual dice que antes del primer segundo, el universo tuvo una expansión acelerada que multiplicó su tamaño en un factor 1026, pero que hasta los 380.000 años la luz de todo ese tiempo no puede llegar a nosotros porque estaba "atrapada" en un mar de partículas cargadas. Recién después de ese tiempo, la densidad y temperatura bajó para que se pudieran formar átomos (período denominado "combinación") y entonces sí la luz pudo hacerse camino. Esa luz es la radiación de fondo de microondas.
Se puede calcular el tamaño del universo observable, pero no el tamaño del universo no observable, aunque es lógico pensar que es increíblemente grande.

Conclusión
En Argentina hubo un programa de TV que se llamó "El país que no miramos". En ese caso, se trataba de localidades no conocidas por el resto de los habitantes, justamente, a causa de la distancia (entre otras razones).
Vale la reflexión de que hay también un Universo que no miramos. Pero no sólo galaxias lejanas, sino que el "Caso Lemaître" muestra que hay partes de la historia y las personas que desconocemos aunque no exista una ley física que impida ese conocimiento. ¡Es de película! ¡Supimos antes que el universo se expande que al autor de la idea!

Para conocer hace falta trabajo humano, tanto para saber cómo es el universo como para saber cómo actuamos las personas. En la época de la Inteligencia Artificial y la automatización, a lo Blade Runner, los astrónomos de IAU son cazadores de replicantes con recuerdos implantados.

Hasta la década de 1920 sólo se sabía de la existencia de una galaxia, la que habitamos y de la que se sabía poco. En menos de un siglo se ha podido observar hasta casi el borde del universo observable. Lo que no vemos es mucho, pero el camino recorrido es ¡astronómico!

Como dice el grupo de rock argentino Eruca Sativa en el tema Inercia:
Me alejé y te vi por completo
A la distancia hay ciertas cosas que se ven mejor
Hay mil galaxias y mil planetas y en ninguno encuentro que haya conexión
Ves la montaña
No lo que esconde


Fuentes y enlaces relacionados
IAU members vote to recommend renaming the Hubble law as the Hubble–Lemaître law
https://www.iau.org/news/pressreleases/detail/iau1812/?lang

El país que no miramos: Santiago del Estero, la ciudad sol, 1988
https://www.youtube.com/watch?v=nTXDlrqiV0U

Have We Mismeasured the Universe?
By Corey S. Powell on February 6, 2019
https://www.scientificamerican.com/article/have-we-mismeasured-the-universe/

Eruca Sativa - Inercia
https://www.youtube.com/watch?v=24fZuClUG0k

Sobre las imágenes
How to travel faster than light
Dr. Don Lincoln, Fermilab
https://www.youtube.com/watch?v=BhG_QZl8WVY

Ilustración Universo Observable, Wikimedia
De Unmismoobjetivo - Trabajo propio, CC BY-SA 3.0
https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=26788359

Ilustración a escala logarítmica del universo observable con el Sistema Solar en el centro, los planetas interiores, el cinturón de asteroides, los planetas exteriores, el cinturón de Kuiper, la nube de Oort, Alfa Centauri, el brazo de Perseus, la Vía Láctea, Andrómeda y las galaxias cercanas, la telaraña cósmica de cúmulos galácticos, la radiación de fondo de microondas y el plasma invisible del Big Bang en el borde.
Esta imagen no implica que la Tierra está en el centro del Universo. Cualquier otra civilización en cualquier otra galaxia podría hacer un esquema similar igual de válido. El universo no tiene centro.

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