Pregúntale a Ethan: ¿las civilizaciones futuras perderán el Big Bang?
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Comenzó con una explosión El universo está ahí fuera. . .,
esperando que lo descubras
Los diferentes destinos posibles del Universo, con nuestro destino real y acelerado que se muestra a la derecha. Después de pasar suficiente tiempo, la aceleración dejará a cada estructura galáctica o supergaláctica atada completamente aislada en el Universo, ya que todas las demás estructuras se alejarán irrevocablemente. Crédito de la imagen: NASA y ESA
Por Ethan Siegel, para Forbes Mayo 19 de 2018
Las opiniones expresadas por Ethan Siegel, colaborador de Forbes son suyas, exclusivamente.
Uno de los mayores peligros de la ciencia es llegar a conclusiones falsas basadas en la información limitada que tenemos en nuestras manos. Nunca podemos observar todo con precisión arbitraria, por lo que siempre nos vemos forzados a extrapolar solo en base a lo que vemos. Pero, ¿y si la información crítica que nos llevaría a la conclusión correcta es exactamente lo que nos falta? Este será el caso dentro de miles de millones de años, cuando se trate del Big Bang, y esa aterradora realización ha llevado a una profunda pregunta de B. G. Buehler, que quiere saber:
Si la vida inteligente vuelve a surgir en nuestro sistema solar en unos pocos miles de millones de años, solo unos pocos puntos de luz seguirán siendo visibles en el cielo. ¿Qué clase de teoría del universo inventarán esos seres? Es casi seguro que esté mal. ¿Por qué pensamos que lo que podemos ver ahora nos puede llevar a una teoría "correcta" cuando unos miles de millones de años antes que nosotros, las cosas podrían haber parecido completamente diferentes?
Hablemos de lo que vería alguien en el futuro lejano, digamos, dentro de decenas de miles de millones de años.
La galaxia Centaurus A tiene un componente de disco polvoriento, pero está dominada por una forma elíptica y un halo de satélites: evidencia de una galaxia altamente evolucionada que ha experimentado muchas fusiones en el pasado. Crédito de la imagen: Christian Wolf & SkyMapper Team / Australian National University
Todavía habría cientos de miles de millones de estrellas en el cielo, todas accesibles a cualquier forma de vida inteligente que surgiera con los telescopios del mismo calibre que tenemos hoy en día. Algunos detalles serían diferentes, sin embargo:
- habría menos polvo y gas neutro,
- habría una mayor proporción de estrellas más viejas, más rojas, de menor masa,
- habría muchas menos regiones de formación de estrellas activas,
- y las estrellas se distribuirían en un gran halo elíptico, en lugar de en un avión tipo Vía Láctea.
La razón principal de todo esto es que, durante un período de 4 a 7 mil millones de años a partir de ahora, la Vía Láctea y Andrómeda, y eventualmente todas las galaxias locales del grupo, se fusionarán en una sola.
Una serie de imágenes fijas que muestran la fusión de la Vía Láctea y Andrómeda, y cómo el cielo parecerá diferente de la Tierra a medida que suceda. Esta fusión ocurrirá aproximadamente 4 mil millones de años en el futuro, con un gran estallido de formación estelar que conduce a una galaxia elíptica libre de gas, roja y muerta: Milkdromeda. Crédito de la imagen: NASA; Z. Levay y R. van der Marel, STScI; T. Hallas; y A. Mellinger
Cuando se producen fusiones importantes como esta, se producen enormes cantidades de nueva formación de estrellas, que consumen la mayor parte del gas y el polvo presentes en una galaxia. Cuando existe una pequeña región de formación estelar muy activa, decimos que se está produciendo un estallido estelar. Cuando esa región abarca una galaxia entera, etiquetamos toda la galaxia como una explosión estelar. Muy rápidamente, esos átomos neutrales se colapsan para formar nuevas estrellas en todas partes, pero las más masivas tienen una vida muy corta. Después de solo unos pocos cientos de millones de años, los más masivos se han ido, dejando solo estrellas similares al Sol y las menos masivas alrededor. Cuando hayan pasado decenas de miles de millones de años adicionales, solo quedarán las estrellas más frías y rojas. Pueden ser más tenues, pero habrá menos polvo para bloquear su luz en todas las direcciones.
La galaxia Starburst Henize 2-10, ubicada a 30 millones de años luz de distancia. Cuando una galaxia entera forma estrellas, sufre un estallido estelar. Pero a raíz de un estallido estelar, queda muy poca materia prima para formar futuras generaciones de estrellas. Crédito de la imagen: rayos X (NASA / CXC / Virginia / A.Reines et al); Radio (NRAO / AUI / NSF); Óptico (NASA / STScI)
Pero eso es solo para las estrellas dentro de lo que se convertirá nuestra propia galaxia (y grupo local): la elíptica gigante futura conocida como Milkdromeda. Si una civilización del futuro lejano fuera a mirar más allá de nuestra propia galaxia futura, verían ... nada. A medida que el Universo continúe en el futuro, todas las galaxias que no forman parte de nuestro grupo local se alejarán de nosotros debido a la presencia de energía oscura. En este momento, esas galaxias más cercanas están a unos 10 millones de años luz de distancia, pero el Universo se está acelerando. Cuando el Universo doble su edad, esas galaxias estarán dos veces más lejos; cuando es tres veces su edad actual, estarán cuatro veces más lejos; a cuatro veces su edad, estarán ocho veces más lejos, y así sucesivamente. Para cuando el Universo tenga 100 mil millones de años o más, la galaxia más cercana estará a mil millones de años luz de distancia. La expansión acelerada del Universo nos hará parecer que estamos solos en el cosmos.
Después de la fusión, las espirales grandes darán como resultado la formación de una sola galaxia elíptica gigante. Con el tiempo, las estrellas en su interior se volverán más rojas a medida que las azules mueran más rápido. El gas y el polvo que bloquean la luz eventualmente se gastarán en nuevas generaciones de estrellas o se expulsarán por completo después de un gran estallido estelar. Crédito de la imagen: NASA, ESA y The Hubble Heritage Team (STScI / AURA)
Tampoco habrá ninguna firma del fondo de microondas cósmico en absoluto. Hoy en día, hay cientos de fotones sobrantes por centímetro cúbico a solo unos pocos grados por encima del cero absoluto, colocándolo en la porción de microondas del espectro. A medida que el Universo se expande, tanto la densidad como la energía de estos fotones disminuirán. Después de 100 mil millones de años, habrá menos de un fotón por centímetro cúbico, y el fondo cósmico no estará en el microondas en absoluto, sino solo en la porción de radio distante del espectro. A menos que alguien tenga una idea de que las galaxias ultra-distantes y este fondo de radio débil y ultra-distante estarían allí, una civilización del futuro lejano nunca descubriría el Big Bang.
A medida que la estructura del Universo se expande, las longitudes de onda de las fuentes de luz distantes se estiran también. En el caso del resplandor sobrante del Big Bang, se podía ver en la porción visible del espectro en el momento en que se emitía el CMB, se desplazaba hacia el infrarrojo y más tarde, el microondas, a medida que el Universo se expandía, y finalmente producía su camino hacia la porción de radio del espectro a medida que la expansión continúa. Su potencia e intensidad, así como la densidad de fotones, continuarán disminuyendo con el paso del tiempo. Crédito de la imagen: E. Siegel / Beyond The Galaxy
En cambio, concluirían que su galaxia representaba la extensión completa de todo el Universo. Eso a su alrededor, por lo que podían ver, no había nada más a su alrededor: solo ellos. Sin ninguna pista cercana para saber qué más hay, no habría ímpetu para buscar las grandes e inexploradas distancias para buscar galaxias ultra remotas que ahora serían las más cercanas a las nuestras. No habría motivo para suponer la existencia de un resplandor cósmico posterior al Big Bang, ya que el Universo en expansión pasaría desapercibido. Todo lo que tendríamos sería nuestra propia galaxia, Milkdromeda, que se extendería durante un par de cientos de miles de años luz. Podrían descubrir materia oscura dentro de su propia galaxia, pero eso es todo. A menos que tropezaran con firmas ultra distantes y ultra débiles del Universo distante, incluso podrían creer en la hipótesis del estado estacionario.
Nuestro supercluster local, Laniakea, contiene la Vía Láctea, nuestro grupo local, el grupo Virgo y muchos grupos pequeños y grupos en las afueras. Sin embargo, cada grupo y clúster está ligado solo a sí mismo, y será separado de los demás debido a la energía oscura y a nuestro universo en expansión. Después de 100 mil millones de años, incluso la galaxia más cercana más allá de nuestro propio grupo local estará a aproximadamente mil millones de años luz de distancia, lo que hace que miles, y potencialmente millones (cuando se toman las diferentes poblaciones estelares que están adentro) sean más débiles que la más cercana las galaxias aparecen hoy. Podríamos encontrarlos con los telescopios actuales, pero ¿sabríamos buscarlos, y tendríamos la suerte de apuntar en la dirección correcta? Crédito de la imagen: Andrew Z. Colvin / Wikimedia Commons
Harían preguntas como, ¿de dónde viene su galaxia? ¿Por qué son los únicos? ¿De dónde vino el material para formar estas estrellas longevas? ¿Por qué hay tan pocas estrellas jóvenes y azules? Sin la evidencia de un Universo en expansión, el Big Bang u objetos distantes más allá de la Vía Láctea, ciertamente extraerían las conclusiones equivocadas durante siglos, si no toda la eternidad. Después de innumerables vidas de buscar en los abismos más profundos del Universo y no encontrar nada, se verían obligados a concluir que solo eran ellos. Solo su galaxia; solo sus estrellas; solo ellos. Solo en un abismo infinito de soledad oscura.
La galaxia MCG + 01-02-015, aislada por más de 100,000,000 de años luz en todas direcciones, actualmente se piensa que es la galaxia más solitaria del Universo. En el futuro lejano, Milkdromeda será aún más solitario. Crédito de la imagen: ESA / Hubble & NASA y N. Gorin (STScI); Agradecimiento: Judy Schmidt
Tenemos el privilegio de haber llegado tan lejos como hemos llegado, tanto evolutivamente como también tecnológicamente, cuando el Universo aún es muy joven. Vivimos, hoy, en un momento en el que las galaxias cercanas nos han mostrado el Universo en expansión, nos dan cuenta del hecho de que debemos buscar firmas de cuando el Universo era más pequeño, más denso y más caliente. Hemos encontrado firmas muy robustas de esto, tanto cercanas como lejanas, y sabíamos mirar grandes distancias cósmicas debido a lo que vimos cerca. Pero si no hubiéramos visto nada? Si pensáramos que nuestra galaxia era todo lo que había? No habría motivación para mirar más lejos. En un futuro lejano, una civilización tendría que mirar cientos o incluso miles de veces para ver incluso los objetos más cercanos más allá de nuestra galaxia.
Lo que concluimos acerca de lo que es nuestro Universo y de dónde viene depende de cuándo llegamos a existir.
Un universo con energía oscura: nuestro universo. Solo podemos detectar esta energía oscura porque vivimos ahora; si llegamos a existir hace 11 mil millones de años, nunca lo notaríamos. ¿Hay algo que extrañamos hoy porque estamos cerca cuando estamos, y no antes o después? Crédito de la imagen: equipo científico de NASA / WMAP
¿Te hace pensar, como hizo pensar B. G. Buehler, si existen componentes o propiedades importantes para el Universo que ya se han perdido? Suponemos que el Universo está hecho de materia normal, radiación, materia oscura, neutrinos, agujeros negros y energía oscura, y poco más. Pero si miramos a épocas anteriores, sabemos que los neutrinos y la radiación eran mucho más importantes de lo que son hoy en día, y que la energía oscura no se reveló a un nivel detectable hasta que el Universo ya tenía miles de millones de años. ¿Podrían haber otros tipos de energía presentes en el Universo que cayeron más rápido que la radiación, y no sabemos sobre su existencia porque no tenemos ninguna evidencia para ellos?
Varios componentes y contribuyentes a la densidad de energía del Universo, y cuándo podrían dominar. Si existieran cadenas cósmicas o muros de dominio en cualquier cantidad apreciable, contribuirían significativamente a la expansión del Universo. ¡Incluso podría haber componentes adicionales que ya no vemos o que aún no han aparecido! Crédito de la imagen: E. Siegel / Beyond The Galaxy
Todo lo que podemos hacer, en este momento, es restringir el lugar debido a la evidencia que vemos. Y, de manera realista, esas limitaciones no son muy buenas. Vemos suficiente del Universo como para concluir sólidamente que el Big Bang es correcto, y que el Universo debería haber tenido un origen inflacionario que creó y dio lugar al Big Bang. Pero más allá de eso, podría haber habido otros componentes del Universo que realmente desempeñaron un papel importante en el pasado distante, y esos signos ya no existen en la actualidad. Los científicos dedican muy poco tiempo a enfocarse en esta posibilidad, porque lo que teorizamos funciona tan bien para reproducir lo que vemos. Pero este también sería el caso en el futuro lejano: suponiendo que un Universo de estado estacionario que existió, sin cambios, durante decenas de miles de millones funcionaría extremadamente bien.
Es un recordatorio aleccionador de que así como nuestras teorías científicas funcionan, siempre están sujetas a revisión, y que nunca debemos dejar de buscar grietas en ellas. Siempre se encuentra al margen de lo mensurable y observable que encontramos las formas más novedosas de avanzar. Sin explorar horizontes cada vez mayores, desde lo subatómico hasta lo cósmico, nunca descubriremos las verdades más profundas sobre el Universo. Aprendimos muchísimo, pero al igual que muchos científicos, tengo la sensación de que aún quedan muchas cosas por delante. Tomará humildad, y posiblemente buscar incluso en lugares aparentemente improbables, para llegar allí.
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El astrofísico y autor Ethan Siegel es el fundador y escritor principal de Starts With A Bang! Sus libros, Treknology y Beyond The Galaxy, están disponibles dondequiera que se vendan libros.
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