Universo observable

Toda la materia que se puede observar desde la Tierra en la actualidad

Universo observable

Visualización de todo el universo observable. La escala es tal que los granos finos representan colecciones de un gran número de supercúmulos. El supercúmulo de Virgo, hogar de la Vía Láctea, está marcado en el centro, pero es demasiado pequeño para ser visto.
Diámetro	8,8 × 10 26  m o 880 Ym (28,5 Gpc o 93 Gly ) [1]
Volumen	3,566 × 10 80  m 3 [2]
Masa (materia ordinaria)	1,5 × 10 53  kg [nota 1]
Densidad (de energía total)	9,9 × 10 −27  kg / m 3 (equivalente a 6 protones por metro cúbico de espacio) [3]
Edad	13,799 ± 0,021  mil millones de años [4]
Temperatura media	2,72548 K [5]
Contenido	Ordinario (bariónica) materia (4,9%) Materia oscura (26,8%) Energía oscura (68,3%) [6]

El universo observable es una región del universo en forma de bola que comprende toda la materia que se puede observar desde la Tierra o sus telescopios espaciales y sondas exploratorias en la actualidad, porque la radiación electromagnética de estos objetos ha tenido tiempo de llegar al Sistema Solar. y la Tierra desde el comienzo de la expansión cosmológica . Puede haber 2 billones de galaxias en el universo observable, ^{[7] [8]} aunque ese número se ha estimado recientemente en solo varios cientos de miles de millones según nuevos datos deNuevos Horizontes . ^{[9] [10]} Suponiendo que el universo es isótropo , la distancia al borde del universo observable es aproximadamente la misma en todas las direcciones. Es decir, el universo observable tiene un volumen esférico (una bola ) centrado en el observador. Cada lugar del universo tiene su propio universo observable, que puede o no superponerse con el que se centra en la Tierra.

La palabra observable en este sentido no se refiere a la capacidad de la tecnología moderna para detectar luz u otra información de un objeto, o si hay algo que detectar. Se refiere al límite físico creado por la propia velocidad de la luz . Ninguna señal puede viajar más rápido que la luz, por lo que existe una distancia máxima (llamada horizonte de partículas ) más allá de la cual no se puede detectar nada, ya que las señales aún no podrían habernos alcanzado. A veces, los astrofísicos distinguen entre el universo visible , que incluye solo señales emitidas desde la recombinación (cuando los átomos de hidrógeno se formaron a partir de protones y se emitieron electrones y fotones), y el observableuniverso, que incluye señales desde el comienzo de la expansión cosmológica (el Big Bang en la cosmología física tradicional , el final de la época inflacionaria en la cosmología moderna).

De acuerdo con los cálculos, la distancia comoviva actual —distancia adecuada, que tiene en cuenta que el universo se ha expandido desde que se emitió la luz— a las partículas desde las que se emitió la radiación cósmica de fondo de microondas (CMBR), que representa el radio del universo visible. , es de aproximadamente 14.0 mil millones de parsecs (aproximadamente 45.7 mil millones de años luz), mientras que la distancia comoviva al borde del universo observable es de aproximadamente 14.3 mil millones de parsecs (aproximadamente 46.6 mil millones de años luz), ^[11] aproximadamente un 2% más grande. Por tanto, se estima que el radio del universo observable es de unos 46.500 millones de años luz ^{[12] [13]} y su diámetrounos 28,5 gigaparsecs (93 mil millones de años luz , o 8,8 × 10 ²⁶ metros o 2,89 × 10 ²⁷ pies), lo que equivale a 880 yottametros . ^[14] La masa total de materia ordinaria en el universo se puede calcular utilizando la densidad crítica y el diámetro del universo observable en aproximadamente 1,5 × 10 ⁵³  kg. ^[15] En noviembre de 2018, los astrónomos informaron que la luz de fondo extragaláctica (EBL) ascendía a 4 × 10 ⁸⁴ fotones. ^{[16] [17]}

A medida que la expansión del universo se acelera, todos los objetos actualmente observables, fuera de nuestro supercúmulo local , eventualmente parecerán congelarse en el tiempo, mientras emiten una luz cada vez más roja y más tenue. Por ejemplo, los objetos con el corrimiento al rojo actual z de 5 a 10 permanecerán observables durante no más de 4 a 6 mil millones de años. Además, la luz emitida por objetos que se encuentran actualmente más allá de una cierta distancia comoviva (actualmente unos 19 mil millones de parsecs) nunca llegará a la Tierra. ^[18]

El universo versus el universo observable

Parte de una serie sobre
Cosmología física
Big Bang  · Universo Edad del universo Cronología del universo
Universo temprano Época de Planck Época de la gran unificación Época electrodébil Época quark Época de hadrones Época de lepton Época de fotones Nucleosíntesis del Big Bang Inflación Edad Oscura Era estelífera Antecedentes Radiación cósmica de fondo (CBR) Fondo de ondas gravitacionales (GWB) Fondo cósmico de microondas (CMB)  · Fondo de neutrinos cósmicos (CNB) Fondo infrarrojo cósmico (INB)
Expansión  · Futuro Ley de Hubble  · Redshift Expansión del universo Acelerando la expansión del universo Comoving y distancias adecuadas Métrica FLRW  · Ecuaciones de Friedmann Cosmología no homogénea Cronología del futuro lejano Futuro de un universo en expansión Destino final del universo Muerte por calor del universo Gran rasgón Gran crujido Gran rebote Deterioro de vacío falso Pequeño rasgón Decaimiento de protones Agujero negro virtual
Componentes  · Estructura Componentes Modelo Lambda-CDM Materia bariónica Materia exótica Materia degenerada Neutronio Materia QCD Materia extraña Materia negativa Energía Energía negativa Energía de punto cero Energía de vacío Radiación Radiación de fondo Energía oscura Quintaesencia Energía fantasma Materia oscura Materia oscura fría Materia oscura cálida Materia oscura mixta Materia oscura caliente Materia oscura clara Materia oscura que interactúa con uno mismo Materia oscura del campo escalar Radiación oscura Fluido oscuro Flujo oscuro Materia del espejo Estructura Forma del universo Reionización  · Formación de estructuras Formación de galaxias Multiverso Universo Universo observable Volumen del Hubble Estructura a gran escala Gran grupo de cuásares Filamento Galaxy Supercúmulo Cúmulo de galaxias Grupo de galaxias Grupo local Galaxia Halo de materia oscura Cúmulo de estrellas Sistema solar Sistema planetario Vacío
Experimentos Bumerang Explorador de fondo cósmico (COBE) Encuesta de energía oscura Euclides Proyecto Illustris Observatorio Vera C. Rubin Observatorio espacial de Planck Sloan Digital Sky Survey (SDSS) Encuesta 2dF Galaxy Redshift ("2dF") UniversoMáquina Sonda de anisotropía de microondas Wilkinson (WMAP)
Científicos Aaronson Alfvén Alpher Bharadwaj Copérnico de Sitter Dicke Eddington Ehlers Einstein Ellis Friedmann Galileo Gamow Guth Hawking Hubble Lemaître Linde Mather Newton Penzias Frotar Schmidt Schwarzschild Smoot Starobinsky Steinhardt Suntzeff Sunyaev Tolman Wilson Zeldovich
Historia de la asignatura Descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas Historia de la teoría del Big Bang Interpretaciones religiosas de la teoría del Big Bang Cronología de las teorías cosmológicas
Categoría  Portal de astronomía
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Se desconoce el tamaño de todo el universo, y su extensión podría ser infinita. ^[19] Algunas partes del universo están demasiado lejos para que la luz emitida desde el Big Bang haya tenido tiempo suficiente para alcanzar la Tierra o los instrumentos espaciales y, por lo tanto, quedar fuera del universo observable. En el futuro, la luz de galaxias distantes habrá tenido más tiempo para viajar, por lo que se podrán observar regiones adicionales. Sin embargo, debido a la ley de Hubble , las regiones suficientemente distantes de la Tierra se están expandiendo más rápido que la velocidad de la luz ( relatividad especialevita que los objetos cercanos en la misma región local se muevan más rápido que la velocidad de la luz entre sí, pero no existe tal restricción para los objetos distantes cuando el espacio entre ellos se expande; ver usos de la distancia adecuada para una discusión) y además la tasa de expansión parece estar acelerándose debido a la energía oscura .

Suponiendo que la energía oscura permanece constante (una constante cosmológica invariable ), de modo que la tasa de expansión del universo continúa acelerándose, existe un "límite de visibilidad futura" más allá del cual los objetos nunca entrarán en nuestro universo observable en ningún momento en el futuro infinito, porque la luz emitida por objetos fuera de ese límite nunca podría llegar a la Tierra. (Una sutileza es que, debido a que el parámetro de Hubble disminuye con el tiempo, puede haber casos en los que una galaxia que se aleja de la Tierra un poco más rápido que la luz emite una señal que finalmente llega a la Tierra. ^{[13] [20]} ) Este límite de visibilidad futuro se calcula a una distancia comanditariade 19 mil millones de pársecs (62 mil millones de años luz), asumiendo que el universo seguirá expandiéndose para siempre, lo que implica la cantidad de galaxias que teóricamente podemos observar en el futuro infinito (dejando de lado la cuestión de que algunas pueden ser imposibles de observar en la práctica debido al desplazamiento al rojo, como se analiza en el siguiente párrafo) es solo mayor que el número actualmente observable por un factor de 2,36. ^{[nota 2]}

Concepción en escala logarítmica del artista del universo observable con el Sistema Solar en el centro, planetas internos y externos , cinturón de Kuiper , nube de Oort , Alpha Centauri , Brazo de Perseo , galaxia de la Vía Láctea , galaxia de Andrómeda , galaxias cercanas , red cósmica , radiación de microondas cósmica y el plasma invisible del Big Bang en el borde. Los cuerpos celestes aparecen agrandados para apreciar sus formas.

Aunque, en principio, se podrán observar más galaxias en el futuro, en la práctica, un número cada vez mayor de galaxias se desplazará extremadamente al rojo debido a la expansión en curso; tanto es así que parecerán desaparecer de la vista y volverse invisibles. ^{[21] [22] [23]}Una sutileza adicional es que se define que una galaxia a una distancia de comunicación determinada se encuentra dentro del "universo observable" si podemos recibir señales emitidas por la galaxia a cualquier edad en su historia pasada (digamos, una señal enviada desde la galaxia sólo 500 millones años después del Big Bang), pero debido a la expansión del universo, puede haber una edad posterior en la que una señal enviada desde la misma galaxia nunca pueda llegar a la Tierra en ningún punto en el futuro infinito (así, por ejemplo, es posible que nunca vea cómo se veía la galaxia 10 mil millones de años después del Big Bang), ^[24]a pesar de que permanece en la misma distancia de comovimiento (la distancia de comovimiento se define como constante con el tiempo, a diferencia de la distancia adecuada, que se usa para definir la velocidad de recesión debido a la expansión del espacio), que es menor que el radio de comovimiento del universo observable . ^{[ aclaración necesaria ]} Este hecho se puede utilizar para definir un tipo de horizonte de sucesos cósmicos cuya distancia desde la Tierra cambia con el tiempo. Por ejemplo, la distancia actual a este horizonte es de aproximadamente 16 mil millones de años luz, lo que significa que una señal de un evento que ocurre en el presente puede eventualmente llegar a la Tierra en el futuro si el evento está a menos de 16 mil millones de años luz de distancia, pero el La señal nunca llegará a la Tierra si el evento está a más de 16 mil millones de años luz de distancia. ^[13]

Tanto los artículos de investigación populares como los profesionales en cosmología a menudo usan el término "universo" para significar "universo observable". ^{[ cita requerida ]} Esto se puede justificar sobre la base de que nunca podemos saber nada mediante la experimentación directa sobre cualquier parte del universo que esté desconectada causalmente de la Tierra, aunque muchas teorías creíbles requieren un universo total mucho más grande que el universo observable. ^{[ cita requerida ]}No existe evidencia que sugiera que el límite del universo observable constituye un límite en el universo como un todo, ni ninguno de los modelos cosmológicos principales propone que el universo tenga algún límite físico en primer lugar, aunque algunos modelos proponen que podría ser finito pero ilimitado, ^{[nota 3]} como un análogo de dimensión superior de la superficie 2D de una esfera que es finita en área pero no tiene borde.

Es plausible que las galaxias dentro de nuestro universo observable representen solo una fracción minúscula de las galaxias en el universo. De acuerdo con la teoría de la inflación cósmica introducida inicialmente por sus fundadores, Alan Guth y D. Kazanas, ^[25] si se supone que la inflación comenzó alrededor de 10 a ³⁷ segundos después del Big Bang, entonces con la suposición plausible de que el tamaño de la El universo antes de que ocurriera la inflación era aproximadamente igual a la velocidad de la luz multiplicada por su edad, lo que sugeriría que en la actualidad el tamaño del universo entero es al menos 3 × 10 ²³ (1,5 × 10 ^{34 años} luz) veces el radio del universo observable. . ^[26]

Si el universo es finito pero ilimitado, también es posible que el universo sea más pequeño que el universo observable. En este caso, lo que consideramos galaxias muy distantes pueden ser en realidad imágenes duplicadas de galaxias cercanas, formadas por luz que ha circunnavegado el universo. Es difícil probar esta hipótesis experimentalmente porque diferentes imágenes de una galaxia mostrarían diferentes épocas en su historia y, en consecuencia, podrían parecer bastante diferentes. Bielewicz y col. ^[27] afirman establecer un límite inferior de 27,9 gigaparsecs (91 mil millones de años luz) en el diámetro de la última superficie de dispersión (ya que esto es solo un límite inferior, ya que todo el universo es posiblemente mucho más grande, incluso infinito). Este valor se basa en el análisis de círculos coincidentes del WMAPDatos de 7 años. Este enfoque ha sido cuestionado. ^[28]

Tamaño

Imagen de campo ultraprofundo del Hubble de una región del universo observable (el tamaño equivalente del área del cielo se muestra en la esquina inferior izquierda), cerca de la constelación de Fornax . Cada punto es una galaxia , que consta de miles de millones de estrellas. La luz de las galaxias más pequeñas y con mayor desplazamiento al rojo se originó hace casi 14 mil millones de años .

La distancia combinada desde la Tierra hasta el borde del universo observable es de aproximadamente 14,26 giga parsecs (46,5 mil millones de años luz o 4,40 × 10 ²⁶  m) en cualquier dirección. El universo observable es, por tanto, una esfera con un diámetro de unos 28,5 gigaparsecs ^[29] (93 mil millones de años luz o 8,8 × 10 ²⁶  m). ^[30] Suponiendo que el espacio es más o menos plano (en el sentido de ser un espacio euclidiano ), este tamaño corresponde a un volumen comovivo de aproximadamente1,22 × 10 ⁴  Gpc ³ (4,22 × 10 ⁵  Gly ³ o3,57 x 10 ⁸⁰  m ³ ). ^[31]

Las cifras citadas anteriormente son distancias ahora (en tiempo cosmológico ), no distancias en el momento en que se emitió la luz. Por ejemplo, la radiación de fondo de microondas cósmica que vemos en este momento fue emitida en el momento del desacoplamiento de fotones , que se estima que ocurrió alrededor de380.000 años después del Big Bang, ^{[32] [33]} que ocurrió hace unos 13.800 millones de años. Esta radiación fue emitida por materia que, en el tiempo intermedio, se ha condensado principalmente en galaxias, y ahora se calcula que esas galaxias están a unos 46 mil millones de años luz de nosotros. ^{[11] [13]} Para estimar la distancia a esa materia en el momento en que se emitió la luz, primero podemos notar que de acuerdo con la métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker , que se utiliza para modelar el universo en expansión, si en el En la actualidad recibimos luz con un corrimiento al rojo de z , entonces el factor de escala en el momento en que se emitió originalmente la luz viene dado por ^[34][35]

${\displaystyle \!a(t)={\frac {1}{1+z}}}$.

Los resultados de nueve años de WMAP combinados con otras mediciones dan el corrimiento al rojo del desacoplamiento de fotones como z  = 1 091 .64 ± 0.47 , ^{[36] lo} que implica que el factor de escala en el momento del desacoplamiento de fotones sería 1 ⁄ 1092.64 . Entonces, si la materia que originalmente emitió los fotones de fondo de microondas cósmicos (CMBR) más antiguos tiene una distancia actual de 46 mil millones de años luz, entonces en el momento del desacoplamiento cuando los fotones se emitieron originalmente, la distancia habría sido de solo unos 42 millones de luz. -años.

La distancia de viaje de la luz al borde del universo observable es la edad del Universo dividida por la velocidad de la luz , 13,8 mil millones de años luz. Esta es la distancia que un fotón emitido poco después del Big Bang, como uno del fondo cósmico de microondas , ha viajado para llegar a los observadores en la Tierra. Debido a que el espacio-tiempo es curvo, lo que corresponde a la expansión del espacio , esta distancia no corresponde a la distancia real en ningún momento en el tiempo. ^[37]

Estructura a gran escala

Los cúmulos de galaxias, como RXC J0142.9 + 4438 , son los nodos de la red cósmica que impregna todo el Universo. ^[38]

Reproducir medios

Una imagen y un video de una simulación cosmológica del universo local, que muestra la estructura a gran escala de cúmulos de galaxias y materia oscura ^[39]

Los estudios del cielo y los mapas de las distintas bandas de longitud de onda de la radiación electromagnética (en particular la emisión de 21 cm ) han proporcionado mucha información sobre el contenido y el carácter de la estructura del universo . La organización de la estructura parece seguir un modelo jerárquico con organización hasta la escala de supercúmulos y filamentos . Más grande que esto (a escalas entre 30 y 200 megaparsecs ^[40] ), parece no haber una estructura continua, un fenómeno que se ha denominado el Fin de la Grandeza . ^[41]

Paredes, filamentos, nodos y vacíos

Mapa de la red cósmica generado a partir de un algoritmo inspirado en un molde de limo ^[42]

Reconstrucción DTFE de las partes internas del 2dF Galaxy Redshift Survey

Podría decirse que la organización de la estructura comienza en el nivel estelar, aunque la mayoría de los cosmólogos rara vez abordan la astrofísica en esa escala. Las estrellas se organizan en galaxias , que a su vez forman grupos de galaxias , cúmulos de galaxias , supercúmulos , láminas, paredes y filamentos , que están separados por inmensos vacíos , creando una vasta estructura espumosa ^{[43] a} veces llamada "red cósmica". Antes de 1989, se asumía comúnmente que virializadoLos cúmulos de galaxias eran las estructuras más grandes que existían y estaban distribuidos de manera más o menos uniforme por todo el universo en todas direcciones. Sin embargo, desde principios de la década de 1980, se han descubierto cada vez más estructuras. En 1983, Adrian Webster identificó el Webster LQG, un gran grupo de cuásares que consta de 5 cuásares. El descubrimiento fue la primera identificación de una estructura a gran escala y ha ampliado la información sobre la agrupación conocida de materia en el universo.

En 1987, Robert Brent Tully identificó el complejo de supercúmulos Piscis-Cetus , el filamento de galaxias en el que reside la Vía Láctea. Tiene aproximadamente mil millones de años luz de diámetro. Ese mismo año, se descubrió una región inusualmente grande con una distribución de galaxias mucho más baja que la media, el Giant Void , que mide 1.300 millones de años luz de diámetro. Basado en datos de estudios de desplazamiento al rojo , en 1989 Margaret Geller y John Huchra descubrieron la " Gran Muralla ", ^[44] una capa de galaxias a más de 500 millones de años luz.de largo y 200 millones de años luz de ancho, pero solo 15 millones de años luz de espesor. La existencia de esta estructura pasó desapercibida durante tanto tiempo porque requiere ubicar la posición de las galaxias en tres dimensiones, lo que implica combinar la información de ubicación de las galaxias con la información de distancia de los desplazamientos al rojo . Dos años más tarde, los astrónomos Roger G. Clowes y Luis E. Campusano descubrieron el Clowes – Campusano LQG , un gran grupo de cuásares que mide dos mil millones de años luz en su punto más ancho, que era la estructura más grande conocida en el universo en el momento de su anuncio. . En abril de 2003, se descubrió otra estructura a gran escala, la Gran Muralla Sloan . En agosto de 2007, se detectó un posible supervacío en la constelaciónEridanus . ^[45] Coincide con el ' punto frío del CMB ', una región fría en el cielo de microondas que es altamente improbable bajo el modelo cosmológico actualmente favorecido. Este supervacío podría causar el punto frío, pero para hacerlo tendría que ser increíblemente grande, posiblemente mil millones de años luz de diámetro, casi tan grande como el Vacío Gigante mencionado anteriormente.

Problema sin resolver en física :

Las estructuras más grandes del universo son más grandes de lo esperado. ¿Son estas estructuras reales o fluctuaciones de densidad aleatorias?

(más problemas sin resolver en física)

Imagen simulada por computadora de un área del espacio de más de 50 millones de años luz de diámetro, que presenta una posible distribución a gran escala de fuentes de luz en el universo; las contribuciones relativas precisas de galaxias y cuásares no están claras.

Otra estructura a gran escala es el Protocluster SSA22 , una colección de galaxias y enormes burbujas de gas que mide unos 200 millones de años luz de diámetro.

En 2011, se descubrió un gran grupo de cuásares, U1.11 , que medía unos 2.500 millones de años luz de diámetro. El 11 de enero de 2013, se descubrió otro gran grupo de cuásares, el Huge-LQG , que se midió en cuatro mil millones de años luz de diámetro, la estructura más grande conocida en el universo en ese momento. ^[46] En noviembre de 2013, los astrónomos descubrieron la Gran Muralla Hércules-Corona Borealis , ^{[47] [48]} una estructura aún más grande, dos veces más grande que la anterior. Fue definido por el mapeo de estallidos de rayos gamma . ^{[47] [49]}

Fin de la grandeza

El fin de la grandeza es una escala de observación descubierta a aproximadamente 100  Mpc (aproximadamente 300 millones de años luz) donde la irregularidad vista en la estructura a gran escala del universo se homogeneiza e isotropiza de acuerdo con el Principio Cosmológico . ^[41] A esta escala, no es evidente ninguna fractalidad pseudoaleatoria . ^[50] Los supercúmulos y filamentos que se observan en encuestas más pequeñas se asignan al azar en la medida en que la distribución uniforme del universo es visualmente aparente. No fue hasta las encuestas de corrimiento al rojode la década de 1990 se completaron para que esta escala pudiera observarse con precisión. ^[41]

Observaciones

"La vista panorámica de todo el cielo en el infrarrojo cercano revela la distribución de las galaxias más allá de la Vía Láctea . La imagen se deriva del Catálogo de fuentes extendidas (XSC) 2MASS, más de 1,5 millones de galaxias, y del Catálogo de fuentes puntuales (PSC), casi 500 millones de estrellas de la Vía Láctea. Las galaxias están codificadas por colores por ' corrimiento al rojo ' obtenido de las encuestas UGC , CfA , Tully NBGC, LCRS, 2dF , 6dFGS y SDSS (y de varias observaciones compiladas por la Base de datos extragaláctica de la NASA ), o foto - deducido métricamente de la banda K (2,2 μm). Los azules son las fuentes más cercanas ( z<0,01); el verde está a distancias moderadas (0.01 < z <0.04) y el rojo son las fuentes más distantes que resuelve 2MASS (0.04 < z <0.1). El mapa se proyecta con un área igual de Aitoff en el sistema galáctico (la Vía Láctea en el centro) ". ^[51]

Otro indicador de estructura a gran escala es el ' bosque Lyman-alfa '. Se trata de una colección de líneas de absorción que aparecen en los espectros de luz de los cuásares , que se interpretan como indicativos de la existencia de enormes láminas delgadas de gas intergaláctico (principalmente hidrógeno ). Estas hojas parecen estar asociadas con la formación de nuevas galaxias.

Se requiere precaución al describir estructuras a escala cósmica porque las cosas a menudo son diferentes de cómo aparecen. La lente gravitacional (curvatura de la luz por gravitación) puede hacer que una imagen parezca originarse en una dirección diferente de su fuente real. Esto se produce cuando los objetos en primer plano (como las galaxias) se curvan alrededor del espacio-tiempo (como predice la relatividad general ) y desvían los rayos de luz que pasan. De manera bastante útil, las lentes gravitacionales fuertes a veces pueden magnificar galaxias distantes, haciéndolas más fáciles de detectar. La lente débil (cizallamiento gravitacional) por parte del universo intermedio en general también cambia sutilmente la estructura observada a gran escala.

La estructura a gran escala del universo también se ve diferente si solo se usa el corrimiento al rojo para medir las distancias a las galaxias. Por ejemplo, las galaxias detrás de un cúmulo de galaxias se sienten atraídas hacia él y, por lo tanto, caen hacia él, por lo que se desplazan ligeramente hacia el azul (en comparación con lo que serían si no hubiera ningún cúmulo). En el lado cercano, las cosas están ligeramente desplazadas hacia el rojo. Por lo tanto, el entorno del cúmulo parece algo aplastado si se utilizan corrimientos al rojo para medir la distancia. Un efecto opuesto funciona en las galaxias que ya están dentro de un cúmulo: las galaxias tienen algún movimiento aleatorio alrededor del centro del cúmulo, y cuando estos movimientos aleatorios se convierten en desplazamientos al rojo, el cúmulo parece alargado. Esto crea un " dedo de Dios ", la ilusión de una larga cadena de galaxias apuntando a la Tierra.

Cosmografía del vecindario cósmico de la Tierra

En el centro del supercúmulo Hydra-Centaurus , una anomalía gravitacional llamada Gran Atractor afecta el movimiento de las galaxias en una región de cientos de millones de años luz de diámetro. Todas estas galaxias están desplazadas al rojo , de acuerdo con la ley de Hubble . Esto indica que se están alejando de nosotros y entre sí, pero las variaciones en su corrimiento al rojo son suficientes para revelar la existencia de una concentración de masa equivalente a decenas de miles de galaxias.

El Gran Atractor, descubierto en 1986, se encuentra a una distancia de entre 150 millones y 250 millones de años luz (250 millones es la estimación más reciente), en la dirección de las constelaciones Hydra y Centaurus . En su vecindad hay una preponderancia de grandes galaxias antiguas, muchas de las cuales chocan con sus vecinas o irradian grandes cantidades de ondas de radio.

En 1987, el astrónomo R. Brent Tully del Instituto de Astronomía de la Universidad de Hawai identificó lo que llamó el Complejo Supercúmulo Piscis-Cetus , una estructura de mil millones de años luz de largo y 150 millones de años luz de ancho en la que, afirmó, el supercúmulo local estaba integrado. ^[52]

Masa de materia ordinaria

La masa del universo observable a menudo se cotiza como 10 ⁵⁰ toneladas o 10 ⁵³ kg. ^[53] En este contexto, la masa se refiere a la materia ordinaria e incluye el medio interestelar (ISM) y el medio intergaláctico (IGM). Sin embargo, excluye la materia oscura y la energía oscura . Este valor cotizado para la masa de materia ordinaria en el universo se puede estimar en función de la densidad crítica. Los cálculos son para el universo observable solo porque el volumen del todo es desconocido y puede ser infinito.

Estimaciones basadas en la densidad crítica

La densidad crítica es la densidad de energía para la que el universo es plano. ^[54] Si no hay energía oscura, también es la densidad por la cual la expansión del universo se encuentra entre la expansión continua y el colapso. ^[55] De las ecuaciones de Friedmann , el valor de la densidad crítica es: ^[56]${\displaystyle \rho _{c}}$

${\displaystyle \rho _{c}={\frac {3H^{2}}{8\pi G}},}$

donde G es la constante gravitacional y H = H ₀ es el valor actual de la constante de Hubble . El valor de H ₀ , debido al telescopio Planck de la Agencia Espacial Europea, es H ₀ = 67,15 kilómetros por segundo por megaparsec. Esto da una densidad crítica de0,85 × 10 ⁻²⁶  kg / m ³ (comúnmente citado como aproximadamente 5 átomos de hidrógeno por metro cúbico). Esta densidad incluye cuatro tipos significativos de energía / masa: materia ordinaria (4,8%), neutrinos (0,1%), materia oscura fría (26,8%) y energía oscura (68,3%). ^[57] Aunque los neutrinos son partículas del Modelo Estándar , se enumeran por separado porque son ultrarrelativistas y, por lo tanto, se comportan como radiación en lugar de como materia. La densidad de la materia ordinaria, medida por Planck, es 4.8% de la densidad crítica total o4,08 × 10 ⁻²⁸  kg / m ³ . Para convertir esta densidad en masa debemos multiplicar por volumen, un valor basado en el radio del "universo observable". Dado que el universo se ha estado expandiendo durante 13,8 mil millones de años, la distancia (radio) comoviva ahora es de aproximadamente 46,6 mil millones de años luz. Por lo tanto, el volumen (4/3πr ³ ) es igual a3,58 × 10 ⁸⁰  m ³ y la masa de la materia ordinaria es igual a la densidad (4.08 × 10 ⁻²⁸  kg / m ³ ) veces el volumen (3,58 × 10 ⁸⁰  m ³ ) o1,46 × 10 ⁵³  kg .

Contenido de la materia: número de átomos

Artículo principal: Abundancia de elementos químicos.

Suponiendo que la masa de materia ordinaria es de aproximadamente 1,45 × 10 ⁵³  kg como se discutió anteriormente, y asumiendo que todos los átomos son átomos de hidrógeno (que son aproximadamente el 74% de todos los átomos en nuestra galaxia en masa, ver Abundancia de elementos químicos ), el número total estimado de átomos en el universo observable es obtenido al dividir la masa de materia ordinaria por la masa de un átomo de hidrógeno (1,45 × 10 ⁵³  kg dividido por1,67 × 10 ⁻²⁷  kg ). El resultado es aproximadamente 10 ⁸⁰ átomos de hidrógeno, también conocido como número de Eddington .

Objetos más distantes

Artículo principal: Lista de los objetos astronómicos más distantes

El objeto astronómico más distante anunciado hasta ahora en 2016 es una galaxia clasificada GN-z11 . En 2009, se descubrió que un estallido de rayos gamma , GRB 090423 , tenía un corrimiento al rojo de 8,2, lo que indica que la estrella en colapso que lo provocó explotó cuando el universo tenía solo 630 millones de años. ^[58] El estallido ocurrió hace aproximadamente 13 mil millones de años, ^[59] por lo que una distancia de aproximadamente 13 mil millones de años luz fue ampliamente citada en los medios (o algunas veces una cifra más precisa de 13,035 mil millones de años luz), ^[58] aunque esta sería la "distancia de viaje de la luz" (consulte Medidas de distancia (cosmología) ) en lugar de "distancia adecuada "utilizada tanto en la ley de Hubble como en la definición del tamaño del universo observable (el cosmólogo Ned Wright argumenta en contra del uso común de la distancia de viaje de la luz en los comunicados de prensa astronómicos de esta página , y en la parte inferior de la página se ofrecen calculadoras en línea que pueden puede utilizarse para calcular la distancia adecuada actual a un objeto distante en un universo plano basado en el desplazamiento al rojo z o el tiempo de viaje de la luz). La distancia adecuada para un desplazamiento al rojo de 8,2 sería de aproximadamente 9,2 Gpc , ^[60] o aproximadamente 30 mil millones años luz. Otro poseedor del récord para el objeto más distante es una galaxia observada a través y ubicada más allá de Abell 2218, también con una distancia de viaje de la luz de aproximadamente 13 mil millones de años luz desde la Tierra, con observaciones del telescopio Hubble que indican un corrimiento al rojo entre 6.6 y 7.1, y observaciones de los telescopios Keck que indican un corrimiento al rojo hacia el extremo superior de este rango, alrededor de 7. ^[61] La luz de la galaxia ahora observable en la Tierra habría comenzado a emanar de su fuente unos 750 millones de años después del Big Bang . ^[62]

Horizontes

Artículo principal: Lista de horizontes cosmológicos

El límite de observabilidad en nuestro universo está establecido por un conjunto de horizontes cosmológicos que limitan —basados ​​en diversas restricciones físicas— la medida en que podemos obtener información sobre varios eventos en el universo. El horizonte más famoso es el horizonte de partículas que establece un límite en la distancia precisa que se puede ver debido a la edad finita del universo . Horizontes adicionales están asociados con la posible extensión futura de las observaciones (más grande que el horizonte de partículas debido a la expansión del espacio ), un "horizonte óptico" en la superficie de la última dispersión y horizontes asociados con la superficie de la última dispersión de neutrinos y gravitacionales. olas .

Un diagrama de nuestra ubicación en el universo observable. ( Imagen alternativa ) .

Mapa logarítmico del universo observable. De izquierda a derecha, las naves espaciales y los cuerpos celestes se organizan de acuerdo con su proximidad a la Tierra.

Ver también

• Simulación cosmológica Bolshoi
• Causalidad (física)  : la relación entre causas y efectos
• Cronología del universo  - Historia y futuro del universo
• Flujo oscuro  : un posible componente no aleatorio de la peculiar velocidad de los cúmulos de galaxias
• Volumen del Hubble
• Proyecto Illustris  - Universos simulados por ordenador
• Multiverso  : grupo hipotético de múltiples universos
• Órdenes de magnitud (longitud)  : rango de longitudes desde la escala subatómica hasta la astronómica
• UniverseMachine  - Universos simulados por computadora

Notas

1. Multiplique el porcentaje de materia ordinaria dado por Planck a continuación, con la densidad de energía total dada por WMAP a continuación
2. La distancia de comovimiento del límite de visibilidad futuro se calcula en la p. 8 de A Map of the Universe de Gott et al. Es 4.50 veces el radio de Hubble , dado como 4.220 billones de parsecs (13.76 billones de años luz), mientras que el radio comovivo actual del universo observable se calcula en p. 7 es 3,38 veces el radio de Hubble. El número de galaxias en una esfera de un radio comanditario dado es proporcional al cubo del radio, como se muestra en la p. 8 la relación entre el número de galaxias observables en el límite de visibilidad futuro y el número de galaxias observables hoy sería (4.50 / 3.38) ³ = 2.36.
3. Esto no significa "ilimitado" en el sentido matemático; un universo finito tendría un límite superior en la distancia entre dos puntos. Más bien, significa que no hay un límite más allá del cual no hay nada. Ver colector geodésico .

Referencias

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Enlaces externos

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• "Simulación del Milenio" de la formación de estructuras - Instituto Max Planck de Astrofísica, Garching, Alemania
• Imagen del día de astronomía de la NASA: La Gran Muralla de Sloan: ¿la estructura más grande conocida? (7 de noviembre de 2007)
• Preguntas frecuentes sobre cosmología
• Formación de galaxias capturadas en el universo joven por Hubble, VLT y Spitzer
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• La inflación y el fondo cósmico de microondas por Charles Lineweaver
• Mapas logarítmicos del universo
• Lista de publicaciones de 2dF Galaxy Redshift Survey
• El Universo dentro de 14 mil millones de años luz - Atlas del Universo de la NASA - Tenga en cuenta que este mapa solo da una estimación cosmográfica aproximada de la distribución esperada de supercúmulos dentro del universo observable; Se ha realizado muy poco mapeo real más allá de una distancia de mil millones de años luz.
• Video: The Known Universe , del Museo Americano de Historia Natural
• Base de datos extragaláctica de NASA / IPAC
• Cosmografía del universo local en irfu.cea.fr (17:35) ( arXiv )
• Tamaño y edad del Universo - en Astronoo
• Límites al conocimiento sobre el Universo - ( Forbes ; mayo de 2019).