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Columna de Astronomía | Por qué el Big Bang es la teoría que mejor explica el origen del universo

Cómo se alejan las galaxias unas de otras, el fondo de radiación cósmica, los componentes de que están hechas las estrellas viejas, y el cambio de estructuras cosmológicas a través del tiempo son parte de las evidencias que avalan la explicación del comienzo de todo.

05 de Octubre de 2016 | 09:22 | Por Thomas Puzia
Por Thomas H. PuziaAcadémico del Instituto de Astrofísica de la U. Católica de Chile

Doctor en astronomía y astrofísica de la Ludwig-Maximilians Universität de München (Alemania). Fue investigador postdoctoral del Space-Telescope Science Institute (EE.UU.) e investigador asociado del Herzberg Institute of Astrophysics (Canadá). Actualmente es profesor del Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica, donde es el líder del grupo “Complex Stellar Populations”, y es investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).

Los astrónomos pensamos que el universo –todas las estrellas, las galaxias, átomos, moléculas, materia oscura, la energía oscura, la luz y el espacio entre ellos, e incluso las leyes y fuerzas físicas– empezaron con el Big Bang. Al igual que con todas las ciencias, esto se basa en la evidencia; pero ¿cuáles son esas pruebas?

La correlación entre el enrojecimiento, o corrimiento al rojo, de la luz de las galaxias distantes con su distancia significa que el universo se está expandiendo. Esto fue descubierto por primera vez por Georges Lemaitre y Edwin Hubble, y hoy se conoce como la Ley de Hubble. En consecuencia, si pudiéramos volver lo suficientemente lejos en el tiempo veríamos que todo debió haber estado muy junto y concentrado en un punto muy pequeño. La gente suele confundirse al preguntarse dónde estuvo este pequeño punto, pero como todo el espacio también estaba "concentrado" en ese reducido punto al principio del Big Bang, este lugar (sí, incluido el espacio-tiempo) estaba en todas partes del universo. La rápida y energética expansión de este pequeño punto es lo que llamamos Big Bang.

En sus inicios, todo el universo estaba extremadamente caliente, suficiente para fusionar protones a núcleos de helio y otros elementos livianos. Al comenzar a expandirse, este calor fue disminuyendo y dejó detrás un "brillo" que llena todo el cosmos. La teoría del Big Bang no sólo predice que ese brillo debería existir, sino además que este debe ser visible en el rango de microondas del espectro electromagnético con una distribución característica de las fluctuaciones de temperatura, también llamadas anisotropías. El fondo cósmico de microondas se ha medido con precisión por los satélites, y es una muy buena evidencia de que la teoría del Big Bang concuerda correctamente, y de forma muy precisa, con su presencia.
Thomas Puzia:
Pero como todo el espacio también estaba "concentrado" en ese reducido lugar, todo (sí, incluido el espacio-tiempo) estaba en todas partes del universo

A medida que el universo se expandió y se enfrió, fueron creados algunos de los elementos más ligeros. La teoría del Big Bang predice que la cantidad de cada uno de estos elementos debió haber sido creada y definida en el universo temprano, y que esas cantidades se pueden encontrar en el medio intergaláctico, en las galaxias muy distantes y en las estrellas más viejas. Esta huella primigenia no se puede encontrar en estrellas relativamente nuevas, por ejemplo como nuestro Sol que tiene un edad de 4.6 mil millones de años, ya que su composición fue alterada por las generaciones de estrellas que nacieron antes que el. Por ello, la composición de las estrellas más jóvenes es muy diferente –en particular en lo relativo a elementos pesados, como hierro por ejemplo– si se las compara con las que nacieron solo un poco después del Big Bang. Los astrónomos han encontrado algunas estrellas de este tipo y la mezcla de elementos que contienen concuerda con lo predicho por el modelo de Big Bang. Lo mismo ocurre con lo observado en la composición de los elementos de la materia presente entre las galaxias.

Recordemos que, debido a que la luz tarda mucho tiempo para viajar a través del universo –más precisamente a 299.792 km/s– cuando nos fijamos en galaxias muy lejanas, también estamos mirando hacia atrás en el tiempo. Por ello podemos ver que las galaxias eran bastante diferentes a las de hoy, lo que demuestra que el universo ha cambiado. Así, al mirar más profundamente en el espacio, podemos ver galaxias más jóvenes, y la formación de estructuras proto-galacticas más simples y pequeñas. Esto está de acuerdo con el crecimiento de las fluctuaciones de temperatura en el fondo cósmico de microondas, que marcan las semillas de las galaxias que observamos hoy. En consecuencia, esto significa que las estructuras en el universo han crecido o evolucionado desde formas simples a unas más complejas. Nuevamente, esto encaja mejor con la teoría del Big Bang que cualquier otra teoría que se hubiera planteado.

Por supuesto, la teoría del Big Bang no explica por qué surgió el universo, pero es actualmente la mejor explicación para describir la evolución que tuvo el cosmos luego de su estado inicial, uno que fue extremadamente denso y caliente. Hay teorías que plantean que este estado de expansión es eterno y que deberíamos ser parte de un multiverso con un número astronómico de otros universos. Los astrónomos estamos buscando evidencia empírica para poner a prueba estas hipótesis. Sin embargo, una cosa está clara, que vivimos en un universo muy dinámico.

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