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Expansión del Universo, Edad del Universo y Supernova 1A

Hasta los ‘90s, se entendía que la expansión del universo se veía desacelerada por el efecto de las fuerzas gravitatorias. La gran pregunta era entonces: “Cuán rápido se desaceleraba y si era tan rápido como para detener la expansión y comenzar el encogimiento”

Si se asume una expansión a paso uniforme, se puede estimar la edad del universo. Una manera es observar un objeto a una determinada distancia D, con un corrimiento al rojo z. cuya velocidad de alejamiento de nosotros es c.z (velocidad de la luz por el corrimiento al rojo). Entonces, si se extrapola hacia atrás, el objeto debería estar a distancia cero en un tiempo t = \frac{D}{c z}

Otra forma de verlo es: Cuando la luz llega desde un objeto, a un redshift de z, el universo tenía un factor de escala a(t) = \frac{1}{1+z}. El tiempo t es justamente D/c.

Entonces si, por ejemplo, el factor de escala 1.000 millones de años atrás es 0.9, entonces si la expansión es estable, el factor de escala tuvo que ser 0 en un punto en tiempo 10.000 millones de años atrás.

Pero las observaciones muestran diferencias. Debido a la evolución de las estrellas en las galaxias, según sean jóvenes o viejas, estas tienen un espectro determinado dado que las estrellas viejas son más rojas, mientras las jóvenes, más azules.

Es el caso de Blob One, una de las galaxias más lejanas hasta ahora encontradas, que se halla a 10.800 millones de años luz con un redshift de 2.38. parecería, según esta teoría, más vieja que el universo mismo. Si se supone que el universo desaceleró, la diferencia se hace aún mayor.

blobe one galaxias distantes

Esta galaxia tiene un claro tono rojizo lo cual nos indica que se trata de una galaxia de mediana edad. Por tanto, si la luz que nos llega después de 10.800 millones de años es de una galaxia de al menos 700 millones de años (lo necesario para que las estrellas azules desaparezcan), resulta que para ese entonces, los modelos de decrecimiento en la expansión indican que esta galaxia debería haber aparecido previamente al Big Bang. El modelo de expansión constante resulta posible pero aún así demasiado cercano al Big Bang y solo un modelo de aceleración en la expansión se ajusta correctamente (línea roja)

tasa de expansion del universo - tiempo

Las Supernovas Tipo 1a causan una explosión termonuclear característica. El pico de luminosidad está relacionado con el tiempo en que permanecen brillantes. Por lo cual se puede calcular su luminosidad y de esta manera calcular sus distancias. También su redshift y de esta manera graficar la tasa de expansión del universo versus el tiempo.

Esto muestra que el universo se ha empezado a expandir lentamente y se va expandiendo cada vez más rápido. Alguna forma de fuerza repulsiva debe ser responsable. Una posibilidad es la energía oscura – una forma de energía del vacio la cual tiene una presión negativa.

Con el tiempo y el avance de la tecnología se fueron recopilando mayor cantidad de datos sobre las supernovas y aquí el resultado sobre el gráfico logrado en 1998.

redshift cosmic expansion rate

En los ejes se puede ver el cambio en la tasa de expansión y en corrimiento al rojo. Esto representa en la zona rosa que el universo colapsa en el futuro debido a la gravedad, en la zona amarilla la gravedad pierde y el universo sigue creciendo aunque en menor grado con el tiempo y la zona blanca donde aumenta su tasa de expansión.

El grupo de datos de la izquierda son los más antiguos logrados por un equipo en Chile donde las barras de error no permiten un dictamen cierto. El grupo de datos de la derecha sobre objetos más distantes muestra en cambio que ninguna medición cae sobre el área rosa, algunos sobre la amarilla y sorprendentemente llevan a la conclusión de la aceleración de la tasa de expansión del universo al caer en la zona blanca.

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