El cosmos es al menos 250 veces más grande que el universo visible

El universo es mucho mayor de lo que parece, de acuerdo con un estudio de las últimas observaciones.

Cuando miramos al universo, la materia que vemos debe estar lo bastante cerca para que la luz nos haya alcanzado desde que se inició el universo. El cosmos tiene unos 14 000 millones de años de antigüedad, por lo que a primera vista es fácil pensar que no podemos ver cosas más allá de 14 000 mil millones de años luz de distancia.

Abell 1689


Esto, sin embargo, no es del todo cierto. Debido a que el universo está en expansión, las cosas visibles más lejanas están mucho más lejos que eso. De hecho, los fotones del fondo cósmico de microondas han viajado unos buenos 45 000 millones de años luz para llegar aquí. Esto hace que el universo visible tenga un diámetro de 90 mil millones de años luz.

Esto es mucho, pero el universo, casi con toda certeza, es mucho mayor. La cuestión que muchos cosmólogos han evaluado es cómo de grande. Hoy, tenemos una respuesta gracias a algunos interesantes análisis estadísticos realizados por Mihran Vardanyan de la Universidad de Oxford y un par de colegas.

Obviamente, no podemos medir directamente el tamaño del universo, pero los cosmólogos tienen varios modelos que sugieren cómo de grande podría ser. Por ejemplo, una de las líneas de pensamiento es que si el universo se expandía a la velocidad de la luz durante la inflación, debería ser 1023 veces mayor que el universo visible.

Otras estimaciones dependen de un número de factores y, en particular, de la curvatura del universo: si es cerrada, como una esfera, plana o abierta. En los últimos dos casos, el universo debe ser infinito.

Si puedes medir la curvatura del universo, puedes poner límites a cómo de grande debe ser.

Resulta que, en los últimos años, los astrónomos han desarrollado varias formas ingeniosas de medir la curvatura del universo. Una de ellas es buscar un objeto distante de tamaño conocido y medir cómo de grande aparece. Si es mayor de lo que debería ser, el universo es cerrado; si tiene el tamaño correcto, el universo es plano, y si es menor, el universo es abierto.

Los astrónomos conocen un tipo de objeto que encaja con la descripción: las ondas de los inicios del universo que quedaron congeladas en el fondo de microondas cósmico. Pueden medir el tamaño de estas ondas, conocidas como oscilaciones acústicas bariónicas, usando observatorios espaciales tales como WMAP.

Hay también otros indicadores, tales como la luminosidad de las supernovas tipo 1a de las galaxias lejanas.

Pero cuando los cosmólogos examinaron todos estos datos, distintos modelos del universo dieron distintas respuestas a la pregunta sobre su tamaño y curvatura. ¿Cuál elegir?

El avance que han realizado Vardanyan y sus colegas es encontrar una forma de promediar los resultados de todos los datos de la forma más simple posible. La técnica que usan es conocida como promedio con modelo bayesiano y es mucho más sofisticada que la curva de ajuste usual que a menudo usan los científicos para explicar sus datos.

Una analogía útil es la de los modelos iniciales del Sistema Solar. Con la Tierra en el centro del Sistema Solar, gradualmente se hizo cada vez más difícil encajar los datos observacionales con este modelo. Pero los astrónomos encontraron formas de hacerlo introduciendo sistemas cada vez más complejos, un modelo del Sistema Solar de ruedas dentro de ruedas.

Ahora sabemos que esta aproximación era completamente errónea. Una preocupación de los cosmólogos es que está llevándose a cabo un proceso similar con los modelos actuales del universo.

El promedio con modelos bayesianos automáticamente evita esto. En lugar de preguntar cómo de bien se ajusta el modelo a los datos, hace una pregunta distinta: dados los datos, cómo de probable es que el modelo sea correcto. Esta aproximación está automáticamente sesgada en contra de los modelos complejos – es una especie de Navaja de Occam estadística.

Aplicándolo a varios modelos cosmológicos del universo, Vardanyan y compañía fueron capaces de colocar importantes restricciones a la curvatura y tamaño del universo. De hecho, resulta que sus restricciones son mucho más estrictas que las permitidas por otras aproximaciones.

Dicen que la curvatura del universo está estrechamente restringida alrededor de 0. En otras palabras, el modelo más probale del universo es que sea plano. Un universo plano sería también infinito, y sus cálculos también son consistentes con eso. Estos cálculos demuestran que el universo es, al menos, 250 veces mayor que el volumen de Hubble. (El volumen de Hubble es similar al tamaño del universo observable).

Esto es grande, pero en realidad mucho más restringido que muchos otros modelos.

Y el hecho de que proceda de un método estadístico tan elegante indica que este trabajo probablemente tendrá un gran atractivo. De ser así, puede perfectamente terminar siendo usado para ajustar en detalle y restringir otras áreas de la cosmología.


Artículo de Referencia: arxiv.org/abs/1101.5476: Applications Of Bayesian Model Averaging To The Curvature And Size Of The Universe
Fecha Original: 1 de febrero de 2011
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Comments (34)

  1. [...] This post was mentioned on Twitter by Pastor Culión, Cristóbal, junnisin garcia rami, Hertzio Dj, Juan Carlos Irigoyen and others. Juan Carlos Irigoyen said: RT @CienciaKanija: El cosmos es al menos 250 veces más grande que el universo visible http://bit.ly/fDP86w [...]

  2. Información Bitacoras.com…

    Valora en Bitacoras.com: El universo es mucho mayor de lo que parece, de acuerdo con un estudio de las últimas observaciones. Cuando miramos al universo, la materia que vemos debe estar lo bastante cerca para que la luz nos haya alcanzado desde que s…..

  3. Andrés

    No lo acabo de entender, dentro de lo difícil que ya es la representación conceptual del universo.
    Si es plano, es infinito.
    Pero 250 veces el volumen de Hubble es algo finito, no?

    Una ayudita…

    • Hector04

      son 250 veces el volumen de una esfera teorica cuyo radio es el radio de hubble
      ese radio no tiene que ver con el radio del universo sino con el radio limite mas alla del cual los objetos se alejan a mayor velocidad que la luz(recuerda que la referencia de ese radio es el observador en cambio la referencia del radio del universo es el temido big bang)
      en resumen si bien es cierto que el volumen de hubble es esferico no significa que el universo sea esferico.

  4. reneco

    Me gustaría aclarar esta contradicción si el universo tiene 14.000 millones de años como es posible que los fotones del fondo cósmico de microondas han viajado unos buenos 45.000 millones de años luz. Un fotón recorre en un año solo un año luz

    • No es una contradicción. Si sumas a la velocidad de la luz la velocidad a la que se expande el propio espacio del universo obtienes un radio total para el universo de unos 45000 millones de años luz. Debido a la expansión del propio espacio, los objetos que estén más alla de 14000 millones de años luz (el radio del universo visible) se expanden desde nuestra perspectiva a una velocidad mayor a la de la luz por lo que no pueden ser vistos. La velocidad de expansión del universo viene dada por la constante de Hubble es de unos 70 Km/s por cada 3,26 millones de años luz, debido a esto, cuanto más lejos miremos más deprisa parecen alejarse los objetos.

      • reneco

        Sigo sin entender, pues esto se parece con lo que luchó Einstein en su momento, si vas montado sobre un rayo de luz y enciendes una linterna, la luz resultante bajo ningún punto referencia va a aumentar su velocidad, sino que se va a mantener constante. Y lo otro suponer que existe algo mas allá del radio teóricamente visible, esto sería “incognoscible” por lo tanto desde nuestro punto de referencia “inexistente”.
        Si calculamos o definimos que la edad de nuestro universo es de 14000 millones de años no podría haber nada en él que haya recorrido mas 14000 millones de años luz, sino estaríamos rompiendo con la teoría de la relatividad.
        Agradezco las aclaraciones.

        • OzzyBulla

          No, no la rompemos. La relatividad nos dice que nada puede viajar en el espacio mas rápido que la luz. Pero el espacio mismo puede expandirse a la velocidad que quiera.

          • nur

            Yo sigo sin entenderlo. ¿Podrías definirme entonces que es el espacio?

            “los objetos que estén más alla de 14000 millones de años luz (el radio del universo visible) se expanden desde nuestra perspectiva a una velocidad mayor a la de la luz”

            Justamente nada puede expandirse DESDE NUESTRA PERSPECTIVA a una velocidad mayor a la de la luz, de eso va la relatividad, de que no hay un tiempo ni un espacio absoluto. Si no hay un espacio absoluto como podemos decir que este se expande. Es más no sería equivalente considerar que un espacio se expande que considerar que los objetos que pueblan un espacio encojen, o que estos objetos se alejan ( por lo tanto se mueven).

            Es decir lo que no entiendo es que al ver un objeto moverse podamos separar su moviento en 2 partes, una su movimiento respecto a una especie de espacio fijo o absoluto, y otra parte debido a que “está montando” en algo que llamamos espacio y que se expande. Lo único que existe es que se mueve respecto a nosotros (se esto lo que sea que signifique) y nunca podrá ir a más de c respectoa nosotros.

            No se si con esta explicación alguien sabrá explicarme que es lo que no entiendo.

            • reneco

              Yo apoyo tu duda, hablar de un espacio que se expande mas allá de de la velocidad de la luz no tiene sentido físico, sabemos que la materia y energía no pueden viajar mas allá de lo que permite el tiempo en que ocurrió el Big Bang, un espacio que se expanda a mas que eso no contiene materia ni energía ni ningún campo medible por tanto queda fuera de la física, es mas yo no diría que el espacio se expande sino lo que está contenido en el, la esencia de la física es medir y observar, al espacio no lo podemos medir, solo su contenido que es materia y energía, y estas no pueden viajar a mas de C bajo ningún punto referencia físico

  5. Magnífico trabajo. Esto sí aporta datos verdaderamente útiles. Felicidades por el artículo Kanijo. Saludos:
    Alejandro Álvarez

  6. [...] no podemos ver cosas más allá de 14 000 mil millones de años luz de distancia. En español: cienciakanija.com/2011/02/01/el-cosmos-es-al-menos-250-veces-mas-grand/  sin comentarios cultura, ciencia karma: 20 etiquetas: tamaño del cosmos, universo [...]

  7. jesus

    yo también ando perdido osea que el universo no tendría 14000 sino 45000 millones de años. otra cosa si un universo es plano o abierto aun así seria viable la teoría sobre los multiversos y las dimensiones??

  8. Andrés

    Aclaro lo de los 45.000 millones a Reneco.
    En teoría según Einstein Nada puede viajar más rápido que la velocidad de la luz DENTRO del universo.
    Pero esta limitación no se aplica al propio tejido del espacio-tiempo, que sí se puede expandir más rápidamente.
    Así pues los 14.000 millones de años luz que ha podido recorrer un fotón has de sumar la distancia a la que se ha desplazado debido a la expansión del tejido del espacio-tiempo. Según esta esta versión que nos cambiarán próximamente un total de 45.000 años luz en una duración de 14.000 años luz.

    • reneco

      Al suponer que un fotón recorre tantos años luz y hay que sumarle la expansión del tejido del espacio-tiempo estas creando un sistema de referencia privilegiado que está fuera del universo por tanto, o tienes que redefinir lo que es universo o no cumplir la relatividad.
      Al universo no se puede observarlo desde afuera pues es todo lo que existe, de hecho no existe un dentro o fuera de el, solo lo podemos ver desde una perspectiva de que es todo lo que nos rodea.

      • Perplejo

        Debo ser muy lerdo pero no lo capto. O sea, el fotón parte del punto A y para llegar al punto B recorre 45.000M de años luz, pero resulta que el universo solo tiene 14.000M de edad… claro, se ha “creado” tejido espacio-temporal de relleno para permitir esto… o no se, el fotón se metió en un agujero de gusano y se ahorró parte del camino… Si algo que puede tener una vida como mucho de 14.000M de años ha podido recorrer 45.000M de años luz, algo no va bien. Por favor, que me lo re-explique alguien de forma entendible y sencilla. GRACIAS

        • Jorge

          ¿podria ser que no es que los fotones hayan recorrido 45.000M de años luz, sino que el objeto que los emitió se encuentra actualmente a 45.000M de años luz debido a la expansión del universo? Asi no se violaria ninguna ley, los fotones han tardado 14.000M de años en llegar que es la edad mas o menos del universo. ¿puede ser correcto? saludos

          • reneco

            Según mi manera de ver, igual estas rompiendo la relatividad desde el momento en que corriste esos 45.000M de años luz el origen del fotón tienes que superar la velocidad de la luz para realizar ese corrimiento, porque solo tienes 14.000M de años para realizar ese proceso.
            Hay que recordar que si parten 2 hipotéticas naves en sentido contrario y disparas un fotón en el sentido de una de ellas en el momento de partir, la distancia que separa el fotón de cada una de las naves es la misma a pesar de que estén viajando en sentido contrario. (para enredar mas el tema)

        • Isma

          A ver… segun entendi yo es que el fondo de microondas que vemos (14000: de años luz) en este momento se encuentra a una distancia de 45000: de años luz debido a a la expansion del universo

  9. Fer137

    Una hormiga anda a 1 cm/s sobre una goma que se estira a x cm/s.

    • reneco

      Este problema de la hormiga puede tener 2 soluciones: uno con la mecánica newtoniana y otra con la mecánica relativista, la primera mucho mas fácil de resolver.
      pero a nivel cosmológico solo la mecánica relativista es la que la soluciona el problema y me parece que los 45000 millones de años luz no están en la solución.

  10. bueno quizás nos estemos liando un poco. Lo importante aquí es como encaja un universo infinito con el big-bang.

  11. jiM

    reneco, Jorge tiene razón.
    Vamos a ver si me hago entender, porque el decir que vemos cosas a 45 mil millones es años luz es una mentira como una casa.

    Yo siempre intento hacer entender la expansión del Universo con un símil: imagina que el Universo es una regla, o mejor la Recta Real. Una expansión constante significa que “se crean” x centímetros por cada metro al segundo. Por ejemplo, nuestra regla se expande a 1 cm por cada centímetro al segundo (nuestra constante de Hubble). Si coges el punto 0 y el 100 al cabo de 3 segundos estarán separados… 8 metros (el espacio generado también se expande!) Por tanto cuanto más lejos estén dos objetos más lejos se separan (obviamente si la velocidad de separación es mayor que c un fotón no puede hacer frente a la expansión).

    Ahora bien, si en nuestro origen sale un fotón del punto 100 hacia el 0, tardará x años en llegar, muchos más que los años-luz a los que estaba inicialmente. Los fotones de la radiación de fondo NO han recorrido 45 mil millones de nada, estaban a menos de 9 mil millones (no me acuerdo bien) y han recorrido 13.4, pero su punto de partida está a 45 mil millones de años luz, porque la expansión del espacio que iba dejando atrás el fotón lo ha enviado hasta allí.

    La gracia de todo esto es que respeta la relatividad: con un telescopio puedes ver galaxias que se alejan a más de c de ti, o mejor dicho, puedes ver cómo eran hace 5 mil millones de años, sabiendo que ahora, de existir, la expansión entre tú y ella supera ampliamente la luz. De hecho, si el universo es infinito existen puntos separándose a cualquier velocidad imaginable.

    Cuéntame si te convence :)

    • reneco

      El drama que tengo al leer tu explicación es que para medir esa expansión en la regla necesitas una segunda regla y esa segunda regla la veo fuera del universo o siendo una regla privilegiada a las del resto del universo, lo cual para mi es una contradicción, por que al universo no se lo puede ver desde afuera, en el momento que ves al universo desde afuera tienes que redefinirlo, como por ejemplo diciendo que hay un “universo relativista” contenido en un universo (en el que está la segunda regla) con quizás que propiedades.
      Gracias por tratar de aclarar tu punto.

  12. jiM

    Otra cosa, no es por liar ideas, pero esto sí que es misterioso:

    Si calculamos el radio de Hubble actual, es decir, el espacio necesario entre nosotros y un punto de manera que la velocidad de separación sea c (para que un fotón no pueda hacer frente a la expansión) nos da:
    (300.000 km/s) / (71 km/s*megapársec -cte de Hubble-) = 4.225 megaparsec = 13.78 mil millones de años-luz.

    !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

  13. [...] El cosmos es al menos 250 veces más grande que el universo visible. ¿Ha alterado la materia oscura el Universo que conocemos? [...]

  14. ¿que es el universo ?

  15. CARCANOL

    Para mí, que son muy lego en estos menesteresel universo es incom¡nmesurable, o sea que no se puede medir, por cuanto que entre mas distancias buscamos, más lejano lo encontramos, porque como sabemos que las distancias entre las galaxias con abismales, entonces sería una tarea demasiado dispendiosa y tendríamos que inventar un telescopio que rebasara tales dimensiones

  16. El_tonto_del_pueblo

    Reneco, tienes razón con lo que le dices a JIM sobre la necesidad de las 2 reglas, una de física y la otra de metafísica.

    A ver, según la TR en el universo existen distintos puntos de vista y ello conlleva las más de las veces contradicciones; como así sucede cuando se pretende definir el tensor energía-momento en muchos casos. Creo que esto ya lo hablamos la semana pasada en otro post.

    Imaginemos un fotón que sale de un punto de luz de Júpiter y se dirige hacia el Sol. La energía inicial del fotón es: E(0)=hf(0). Y según los principios de la relatividad f=c/L (la velocidad estandar de la luz partida por long. de onda del fotón).

    Desde el punto de vista del propio fotón “él” se desplaza en caída libre hacia el Sol (El fotón se encuentra en un sistema inercial). Ello conlleva que a “ojos” del propio fotón no se produzca ningún desplazamiento, ni al rojo ni al azul, ni cambio de ningún tipo; por consiguiente, al fotón el viaje de Júpiter al sol le sabe instantáneo (porqué el fotón carece de masa inercial). Sí, al fotón le da la sensación de que su viaje no ha durado nada!!!!

    En canvio, si desde la tierra miramos qué sucede con ese viaje del fotón y vemos las cosas muy distintas: alertamos, primero, que el viaje del fotón debe de durar bastantes minutos; luego, nos damos cuenta de que mientras el fotón pase por un espacio donde no haya demasiada influencia gravitacional su velocidad sí será c, pero que al acercarse al potente dominio gravitacional del Sol su frecuencia aumentará, y ello afecta a su velocidad.¿Cómo?

    Según las ecuaciones antes expuestas, en teoria que la frecuencia del fotón aumente conlleva que su energía también aumente. ¿Y de donde sacará el fotón este aumento de energía? Para mantener la ley de conservación de la energía (para no decir que el fotón se la saca por arte de magia) se estima que la velocidad del fotón, bajo la influencia del dominio gravitacional del sol, deja de ser c, puesto que disminuye. Y de aquí surge la famosa “dilatación temporal”.

    Para que se entienda con otro ejemplo: En la superficie del horizonte de sucesos de un agujero negro con un bestial campo gravitacional un observador externo apreciariá como la dilatación temporal de cualquier fotón es tan bestia que llega al extremo de congelarlo (el fotón deja de desplazarse y por ello, su velocidad pasa a ser nula), mientras su frecuencia aparenta ser infinitamente rápida y su longitud de onda infinitamente corta (aunque de esto ahora mismo no estoy muy seguro).

    En definitiva, esto de que la velocidad de la luz es una constante en la teoria de la relatividad general resulta ser, como veis, muy “relativo”. En la relativida especial, en cambio, sí que no hay dudas, pero en la general la velocidad de la luz puede sufrir o retrasos o aceleraciones, según deba compensarse la ley de conservación de la energía.

    Así pues, tenemos que en el caso de la luz que nos viene corrida al rojo por el desplazamiento de Hubble, como que en teoria ha perdido más energía, esta pérdida se compensa con un aumento de su velocidad. Pero atención, esta velocidad siempre es aparante!!! O relativista, claro. Para el fotón el viaje de 45.000 millones de años ha sido, sólo, nada porque a su ver su velocidad es instantania.

  17. Com. Permiso yo alucino con tantos números
    Si la luz se pierde en el espacio tiempo como se puede medir
    Y otra cosa si partimos de Vic ven o como se escriba
    Como sabemos que en el infinito del cosmos no existen más de un Vic ven
    Y que ahora mismo se puedan estar produciendo millones de ellos eso jamás se podrá medir

  18. luis gomez

    por favor expliquense porque solo me confundieron ma saludos a todos
    pesa que apenas estoy aprendiendo sobre esto gracias

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