LA LUZ Y LA EXPANSIÓN DEL UNIVERSO

 

El efecto Doppler  jugó un papel destacado en la formulación en 1929 de la teoría del Big Bang y la expansión del Universo. Esto fue así porque la luz procedente otras galaxias que se recibe en observatorios astronómicos tiene una frecuencia menor (longitud de onda mayor) que la emitida. Se dice que está desplazada hacia el rojo, aunque esta expresión puede resultar confusa ya que, en el caso de longitudes de onda mayores que el rojo (infrarrojo, microondas y ondas de radio), los llamados "desplazamientos hacia el rojo" se alejan de la longitud de onda del rojo.

 

En la figura de la derecha se compara el espectro de luz que nos llega de una galaxia (observado) con el espectro que se tendría si dicha galaxia estuviera en reposo relativo con respecto a nosotros (esperado). El hecho de que las líneas de todos estos espectros "galácticos" estén desplazadas hacia el rojo, hizo plantear al astrónomo estadounidense  Hubble (1889-1953) en 1929 que ello se debe al efecto Doppler y lo interpretó como una evidencia de que dichas galaxias se están alejando de nosotros.

 
 

 

Hubble aplicó la ley del efecto Doppler a estos espectros y comprobó que la velocidad de alejamiento de las galaxias es mayor cuanto más distantes estén de nosotros, lo que resulta coherente con la concepción de un Universo en expansión. Dos años antes el astrofísico belga Lamaitre (1894-1966) había llegado a la misma conclusión, basándose en la solución dinámica de las ecuaciones de Einstein que había obtenido el físico, astrónomo y matemático holandés Willem de Sitter (1872-1924) y en los datos astronómicos de Slipher (1875-1969) y del propio Hubble.

"El astrónomo Hubble, libre de toda sospecha" (artículo de prensa sobre las aportaciones de Lamaitre y Hubble acerca de la expansión del Universo) (16-11-2011)

 

Otra aportación muy relevante del estudio de la luz al modelo de evolución de Universo, de candente actualidad, se refiere a la posible observación de las huellas que debieron dejar en la radiación de fondo (resto de la luz emitida en el periodo inicial de formación del Universo) las ondas gravitacionales generadas en los primeros instantes del Universo.

 

 

Alan Guth

 

En los años setenta, Alan Guth  (1947-  ) elaboró la primera formulación de la teoría de un Universo inflacionario, según la cual, con el Big Bang se debió producir un proceso de inflación o expansión acelerada del Universo durante unas fracciones infinitesimales de segundo (lo llamó "el Bang del Big Bang"). Dicho proceso inflacionario habría generado fluctuaciones cuánticas que, tras ser estiradas por la expansión del Universo, deben producir dos tipos de perturbaciones en el espacio-tiempo: ondas de densidad y ondas gravitacionales. Las ondas de densidad fueron observadas inicialmente por el satélite COBE, en 1992, y más tarde por los WMAP y Planck y sus propiedades están perfectamente de acuerdo con las predicciones de la teoría de inflación. Por su parte, las ondas gravitacionales constituían una de las predicciones más buscadas de la teoría y en marzo de 2014 un grupo de investigación anunció en la prensa la posible confirmación de su existencia.

 
Tras la huella del universo inicial (El país, 19/03/2014)
 

Dicha confirmación se basa en que las ondas gravitacionales producidas en "el Bang del Big Bang" han de generar un patrón característico en la orientación de la polarización de la radiación cósmica de fondo. Como dicha radiación está muy débilmente polarizada, la señal que se busca es muy pequeña y, en consecuencia, muy difícil de detectar. En este caso, se partió de datos recogidos por un telescopio terrestre (BICEP-2, instalado en el Polo Sur), tras observar una región del firmamento en una única frecuencia en la banda de las microondas. La afirmación de que se pudo detectar la señal buscada se basa en la asunción de que las emisiones polarizadas en primer plano son prácticamente despreciables en esta región del espectro electromagnético.

 

 

Detectadas las ondas del primer instante  del  universo (El país, 17/03/2014)

Una nueva ventana al Universo (Juan García Bellido, en El país, 19/03/2014)

 

Ahora mismo, la interpretación de estos datos es motivo de un encendido debate en la comunidad científica. La señal primordial de la radiación cósmica realmente se oculta detrás de la radiación de fondo de nuestra galaxia, la Vía Láctea, y el análisis de los datos obtenidos por el telescopio BICEP-2 no permite afirmar con absoluta certeza que se haya sustraído debidamente el efecto del polvo de nuestra galaxia. 

 

Sombras de duda sobre las nuevas huellas del universo primitivo (El país, 27/05/2014)

 
 

Se prevé que como el análisis de los datos que recogió durante 4 años el telescopio espacial Planck, gracias a sus medidas de gran precisión, sirva para aislar la polarización de la señal, y, quizá, dar una respuesta definitiva. Por otra aparte, dicho observatorio publicó en mayo de 2014 una imagen nueva sobre la estructura del campo magnético de la Vía Láctea, confeccionada a partir de las primeras observaciones a cielo completo de la luz polarizada emitida por el polvo interestelar de nuestra Galaxia.

Planck registra la huella magnética de nuestra Galaxia (ESA, España, 06/05/2014)

 
En un futuro próximo también se espera que satélites de tercera generación se lancen al espacio para explorar con mayor detalle las ondas gravitacionales.

Debate histórico sobre la naturaleza de la luz (Volver al índice)

Departamento de Física y Química del IES "Leonardo Da Vinci"