Lo que motivó esta serie de posts son varias preguntas que la gente se hace respecto a cuestiones cosmológicas, o en otras palabras al universo. En las anteriores entradas hemos hablado de espacio-tiempo y del centro del Universo, llegando a la conclusión en el último post que no existe centro ni borde en el universo. Ahora vamos a hablar del corrimiento al rojo, o como nosotros le llamamos Red Shift y veremos porqué esto es tan importante a lo largo de esta entrada.

En la década de 1920, Edwin Hubble observó que cuanto más distante está una galaxia de la nuestra, las líneas espectrales de la galaxia se desplazada hacia el rojo. ¿Que significa eso? Ok, supongamos que determinada línea espectral está a una longitud de onda (λ) de 600 nm, debido al corrimiento al rojo vamos a medir a 620nm. Dentro de una galaxia en particular, cada línea se desplazó por la misma cantidad fraccionaria:

siendo z el “corrimiento al rojo“, es la longitud de onda que la luz debe tener en condiciones de laboratorio, y es el cambio fraccionario. Hubble descubrió que para galaxias relativamente cercanas, el corrimiento al rojo y la distancia son linealmente proporcionales entre sí. Más allá, la relación se hace un poco más complicada matemáticamente, en parte porque hay muchos tipos posibles de distancia (ya dedicaremos un post a este tema).

En condiciones normales, solemos pensar en corrimiento al rojo como causado por el movimiento relativo del cuerpo que emite el fotón y el cuerpo absorbiéndolo: esto es corrimiento Doppler. Esto, dicho sea de paso, es como  trabaja el radar, con las trampas de velocidad o utilizando ondas de sonido. Un ejemplo de este efecto es el siguiente: ¿por qué se oye un cambio de tono cuando un camión de bomberos se acerca y  luegose aleja? Una de las ideas más comunes, y que incluso aparece en algunas clases de introducción a la física, es que la luz de las galaxias distantes se debe a un corrimiento Doppler. Pues no es así.

Lo que realmente pasa es que a medida que un fotón viaja desde las fuentes hasta nuestros telescopios en la tierra, se dilata, recordemos que el universo se expande. Supongamos que el universo duplique su tamaño, pues también lo hace la de los fotones. Acá es útil la analogía del globo para entender esto.

Lo que trato de decir es que el corrimiento al rojo (redshift) no nos dice la “rapidez” con que una galaxia se aleja de nosotros, sino que nos esta diciendo,cuán grande es el universo actual en comparación con lo grande que era cuando la luz fue emitida. Esto tiene una serie de implicaciones:

1º Fotones pierden energía mientras viajan distancias cosmológicas. Esto es fácil de entender, longitudes de ondas largas implican energía baja. Tengamos en cuenta la luz que viene a nosotros desde el fondo de microondas cósmico. Estas λ tiene su origen (alrededor de 380.000 años después del Big Bang) a una temperatura de alrededor de 3000K, temperatura comparable a la superficie de una estrella relativamente fría. Después de la posterior expansión del universo en un factor de 1200 más o menos, la temperatura bajo a sólo de 2.7K.

Dado que los fotones pierden energía en el universo en expansión. Por otro lado en algún momento en el pasado, había más energía en forma de fotones que materia ordinaria y oscura combinada. Esto sucedió a un corrimiento al rojo de z = 3900, cuando el universo tenía unos 1/3900 el tamaño que tiene ahora.

2º El corrimiento al rojo no nos dice nada acerca de la expansión en ese momento, o sea en el momento que fueron emitidos. Entonces para una galaxia distante sólo podemos calcular el tamaño relativo del universo a un fotón que se emitió en el presente. El universo podría acelerarse o desacelerse o incluso detenerse en este momento, en fin lo que trato de decir es que nosotros no recibimos directamente el desplazamiento al rojo. Lo que hay son un montón de desplazamientos al rojo, o sea, recibimos la tasa de cambio de estas λ.

3º Si la luz viaja a través de nubes de hidrógeno en su camino desde una galaxia distante de nosotros, la luz directa de la galaxia y de las nubes tendrán un desplazamiento al rojo diferentes. La galaxia será más desplazada hacia el rojo (ya que es más distante), y así sucesivamente. Por otro lado las nubes van a absorber sólo las longitudes de onda que corresponden a las líneas espectrales del hidrógeno. Sin embargo, si tenemos varias nubes, cada una tendrá un corrimiento hacia el rojo diferentes, esto crea un “bosque” de absorción:

Se preguntarán como sabemos que el corrimiento al rojo realmente se corresponde con la expansión del universo. Es una pregunta muy interesante, la respuesta a continuación:

* La relatividad general (ya que la RG predice un universo de expansión o contratación)
* Las lentes gravitacionales
* Distancia estimada de galaxias cercanas
* Todas y cada una de las interpretación de la Radiación Cósmica de Fondo
* El modelo del Big Bang

Estos son algunos ejemplos que concuerdan con el corrimiento al rojo y la expansión del universo. Así es como el Big Bang concuerda con el modelo cosmológico más aceptado por los científicos. No estamos obligado a aceptar este modelo pero eso lo dejo en sus manos, claro que si no lo aceptamos tenemos la obligación de o aceptar otro modelo (que los hay) o proponer el nuestro. En caso de proponer el nuestro, éste debe ser consistente con las observaciones que tenemos hasta el momento. Si es una de esas personas intrépidas que quiere proponer un modelo, buena suerte en eso. Hasta el próximo número de conceptos del universo.