La expansión del Universo: Fotones que se estiran


La expansión del Universo: Fotones que se estiran


En el mundo de la divulgación astronómica, es habitual explicar el corrimiento al rojo que medimos en la luz de las galaxias en base al efecto Doppler. Es una idea que todos hemos escuchado e incluso utilizado alguna vez. Pero es, en realidad, una idea equivocada. Imagino sorprendidos a muchos de vosotros. Pero, como diría Jack el Destripador, vayamos por partes.

La expansión del Universo fue descubierta en la primera mitad del siglo pasado. Edwin Hubble logró medir por primera vez la distancia a diferentes galaxias y se dio cuenta de que existía una relación directa entre la distancia a estas y el corrimiento al rojo que presentaba su luz. De ahí dedujo la conocida como ley de Hubble. Todas las galaxias parecían estar alejándose, a mayor velocidad cuanto más lejanas estuvieran. Y, en principio, se relacionó este corrimiento al rojo con el efecto Doppler.

El efecto Doppler consiste en el aparente cambio de frecuencia de una onda, debido al movimiento relativo de la fuente con respecto al observador. Lo podemos entender viendo el siguiente vídeo.



Si explicamos el corrimiento al rojo basándonos en el efecto Doppler, caemos en el error de confundir la expansión del Universo con una explosión convencional, donde los objetos de alejan de un centro localizado dentro de un espacio ya preexistente. La expansión del Universo es, en realidad, la expansión del propio espacio. ¿Cómo explicamos, entonces, el corrimiento al rojo de la luz de las galaxias?

Todos habréis oído hablar de la radiación de fondo de microondas. Se trata de una radiación que podemos medir en todas direcciones. Que está por todas partes. Es decir, no se trata de una radiación que llegue de los confines del Universo, como podríamos imaginar, sino que inunda todo el Universo. Esta radiación tiene su origen en el momento en el que el Universo se hizo transparente y los fotones, que habían estado hasta ese momento interaccionando con la materia, pudieron liberarse y viajar libremente. Habían transcurrido aproximadamente 300.000 años desde el Big Bang. La longitud de onda de estos fotones, inicialmente energéticos, se fue alargando, “estirando” con la expansión del Universo, hasta llegar a la longitud de onda de microondas que tienen hoy día. Podemos hacernos una idea de lo que ha sucedido con ellos en la imagen.

universo


De la misma forma, si vemos corrimiento al rojo en la luz de las galaxias lejanas es porque esa luz lleva mucho tiempo viajando por un espacio que se expande, y los fotones se han “estirado” con él. Nos puede ayudar a verlo esta imagen.

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Este alargamiento o corrimiento al rojo de de los fotones es proporcional a la distancia recorrida, pues es a lo largo de este viaje cuando su longitud de onda se “estira” junto al espacio.

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No es correcto explicar el corrimiento al rojo de la luz de las galaxias en función al efecto Doppler. Las galaxias, en realidad, no tienen esa velocidad que aparentan. La expansión del Universo es una expansión del espacio, mientras las galaxias, movimientos propios al margen, mantienen tamaño y posición.

Un buen modelo para entenderlo es representar el Universo con una dimensión menos, como la superficie de un globo. En él, las galaxias serían pegatinas de papel pegadas sobre la superficie. A medida que se hincha el globo, los posibles observadores de todas las galaxias tienen la impresión de que todas las demás se alejan de la suya. Porque es el espacio entre galaxias el que aumenta, mientras estas permanecen más o menos inmóviles. Las galaxias carecen, por tanto, de una velocidad propia que de lugar al efecto Doppler.

Pongámoslo más claro. Imaginemos un fotón “verde”, que parte de una lejana galaxia situada a 5.000 millones de años luz de la Tierra. La longitud de onda de este fotón puede verse afectada por el efecto Doppler debido a la velocidad propia que tenga esta galaxia. Pero nunca debido a la velocidad aparente con la que vemos alejarse a esta galaxia debido a la expansión del Universo. Es en el largo camino que recorre este fotón hasta llegar a nosotros cuando su longitud de onda se alarga según el Universo se expande.

Explicar el corrimiento al rojo de la luz que nos llega de las galaxias lejanas basándonos en el l efecto Doppler es, por tanto, erróneo. Es una idea que no debemos emplear en divulgación astronómica, por ser falsa. El corrimiento al rojo tiene lugar y nos sirve para determinar la distancia a la que se encuentran los objetos lejanos, pero no se produce debido al efecto Doppler. Es la expansión del Universo la que “estira” los fotones, desplazando al rojo su longitud de onda.

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Autor Original: Juan Tomé, profesor del IES Jaranda de Jarandilla de la Vera, Cáceres y miembro de la ApEA (Asociación para la Enseñanza de la Astronomía), ha dado forma de taller a esta idea, en un documento que, si queréis más información sobre el tema, recomiendo leer: Nuestro Universo se está expandiendo, por Juan Tomé.