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La Astronomía es una de las ciencias más fascinantes de todas. Y es que sumergirnos en los misterios del Universo para responder a las preguntas más elementales sobre su existencia resulta, cuanto menos, asombroso. Cada vez que respondemos a una, miles de nuevas aparecen.
Y en este contexto, una de de las cosas más impactantes es saber no solo que nuestro Universo no tendría por qué ser el único, sino que las métricas de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker nos señalan que, en un supuesto Multiverso, podría haber 9 tipos distintos de Universos.
Dependiendo de las combinaciones entre la materia, la energía oscura y la radiación, un Universo, entendido como un espacio-tiempo donde hay cuerpos con masa, puede clasificarse en una de las distintas familias.
Pero, ¿cuál es el nuestro? ¿Qué características tendría cada uno de estos Universos? ¿Serían muy diferentes al nuestro? Prepárate para que te estalle la cabeza, porque hoy intentaremos descifrar los misterios de los nuevo tipos de Universos que, de acuerdo a los modelos físicos, podrían existir. Vamos allá.
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Materia, energía oscura y radiación: los ingredientes del Universo
Un Universo se define, a grandes rasgos, como un espacio-tiempo donde hay materia, energía y radiación. Punto. Por ello, es “lógico” pensar que la combinación de materia, energía y radiación de nuestro Universo, si bien es específica de nuestro Cosmos, no tiene por qué ser la única.
La materia es todo aquello que ocupa un lugar en el Universo y que tiene masa, volumen y temperatura asociada. Esta materia puede ser bariónica u oscura. La bariónica es aquella constituida por protones, neutrones y electrones, siendo aquello que podemos ver, percibir y sentir. Y representa solo el 4% del Universo.
La materia oscura, por su parte, tiene masa, pero no emite radiación electromagnética (no podemos verla), es neutra (no tiene carga eléctrica) y es fría (en el sentido que no viaja a velocidades cercanas a la luz. Esta, pese a ser invisible, conforma el 23% del Universo.
Por otro lado, tenemos la energía oscura. Una energía que no podemos percibir pero sí medir sus efectos: es la responsable, siendo el opuesto a la gravedad, de la expansión acelerada del Universo. No entendemos su naturaleza, pero sabemos que para que el Universo se expanda como lo hace, tiene que representar el 73% del Universo.
Paralelamente, hay un último 0,01% que corresponde a la radiación, que está constituida por todas aquellas partículas que viajan cerca de la velocidad de la luz. La radiación constituye todo el espectro electromagnético: desde las microondas (de muy baja energía) hasta los rayos gamma (de muy alta energía), pasando por la luz.
En resumen, podemos afirmar que nuestro Universo es un espacio-tiempo que queda determinado por la relación entre el 4% de materia bariónica, el 23% de materia oscura, el 73% de energía oscura y el 0,01% de radiación. Pero, ¿y si cambiáramos la receta? ¿Y si estos porcentajes cambiaran?
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Los Universos de FLRW: ¿cómo se clasifican?
Los Universos de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker constituyen un modelo de las combinaciones de materia, materia oscura, energía oscura y radiación que serían posibles dentro de las predicciones de la relatividad general de Einstein. En función de los porcentajes, pueden surgir una serie de Universos estables que, si bien algunos serían parecidos al nuestro, otros serían propios de una película de ciencia ficción.
El tema de este artículo fue descubierto gracias a un vídeo del canal de YouTube QuantumFracture, dirigido por José Luis Crespo. En las referencias, hemos dejado un link para que puedas verlo. Muy recomendable.
1. Nuestro Universo
Nuestro hogar. El único modelo de Universo que no es una especulación. Es cierto que hay muchas cosas acerca de nuestro Universo que no conocemos, como por ejemplo su origen exacto (el qué había antes del Big Bang), su destino (cómo morirá), su geometría (parece plana por las estimaciones de distorsión del fondo cósmico de microondas pero no podemos estar seguros del todo, pues podría ser también esférico, hiperbólico e incluso con forma de donut) y si es infinito o no.
Pero lo que sí sabemos perfectamente es la receta de ingredientes que lo constituyen. Para que la expansión acelerada del Cosmos suceda como lo hace, el Universo es materia en un 27% (4% de bariónica y 23% de oscura), energía oscura en un 73% y radiación en un 0,01%. Y es increíble (y a la vez aterrador) descubrir que, viendo estas cifras, no entendemos qué es el 95% (que corresponde a energía oscura y materia oscura) de aquello que impregna el espacio-tiempo en el que nos encontramos.
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2. El Universo vacío
Empezamos con las cosas extrañas. El Universo vacío sería un Cosmos que, como su propio nombre indica, no contiene nada. Se trataría de un Universo que se expande a un ritmo constante (no puede hacerlo de forma acelerada) en el que no hay materia, ni energía oscura ni radiación. Espacio-tiempo puro. Nada más. El vacío más absoluto dentro de un espacio que está en expansión. Imposible de imaginar pero posible.
3. El Universo de materia
Imagina que al Universo anterior, el vacío, le añades un poco de materia. Pero solo eso. Nada más. Tienes, como su propio nombre indica, el Universo de materia. Pero al no haber energía oscura que estimule su expansión acelerada, solo materia (que, por su gravedad, frena la expansión), el Cosmos se expandiría hasta llegar a una velocidad constante. Y al llegar a ella, seguiría expandiéndose a velocidad estable. Recordemos: un Universo con poca materia, pero sin energía oscura ni radiación.
4. El Universo que colapsa
Imagina que al Universo anterior, el de materia, le sigues añadiendo más y más materia. Pero solo materia. ¿Qué pasaría? Bueno, en un escenario de Universo sin energía oscura pero gran cantidad de materia (más que en el nuestro), lo que sucedería es que la expansión se ralentizaría hasta llegar a un punto no de velocidad estable, sino de detención completa. La expansión del Universo se detendría y empezaría la contracción bajo su propia gravedad. Este Cosmos estaría destinado a colapsar sobre sí mismo, tal y como indica su nombre.
El destino de este tipo de Universo está más que claro: el Big Crunch. La teoría del Big Crunch es un modelo de muerte del Universo que podría ser viable en el nuestro pero segura en este que colapsa y dice que tiene que llegar un momento en el que toda la materia del Cosmos iniciará un proceso de contracción hasta llegar a un punto de densidad infinita: una singularidad. Toda la materia del Universo para a estar en una región del espacio-tiempo sin volumen, destruyéndose así todo rastro de la misma.
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5. El Universo Einstein-DeSitter
Pero, ¿y si ponemos la cantidad justa de materia? Ni tan poca como en el Universo de materia ni tanta como en el Universo que colapsa. Que llegamos al número cinco: el Universo Einstein-DeSitter. Durante mucho tiempo, hasta la confirmación de la existencia de la energía oscura, creíamos que este era nuestro tipo de Universo.
El nombre de este tipo de Cosmos va en honor de Albert Einstein, el célebre físico alemán, y de William De Sitter, matemático, físico y astrónomo neerlandés. Al tener una cantidad intermedia de materia, nos quedamos con una geometría de Universo similar a la del nuestro, aunque sigue habiendo una diferencia muy importante: no hay energía oscura que estimule la expansión acelerada ni radiación.
6. El Universo oscuro
Imagina ahora que sacamos toda la materia y añadimos un solo ingrediente: energía oscura. Mucha energía oscura. Tenemos lo que se conoce como Universo oscuro, aunque el nombre no es demasiado acertado, pues la energía oscura no es realmente oscura. Pero sirve para entenderlo.
Lo importante es que esta energía oscura, que ya hemos visto que es la responsable de la expansión acelerada del espacio-tiempo, al no tener que luchar contra la gravedad (porque no hay materia), hace que el Universo crezca cada vez más y más rápido.
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7. El Universo de luz
Imagina que vuelves a quitar toda la materia del Universo pero en lugar de añadir energía oscura, añades solo radiación. Tienes un Universo de pura radiación y nada de materia ni de energía oscura, lo que se conoce como Universo de luz.
Si en nuestro Universo la radiación representa solo el 0,01% de su composición, en este representa el 100%. En este caso, el Universo se expandiría, pero cada vez lo haría más lento. La expansión, pues, sería desacelerada en lugar de acelerada, pues la luz contrae el espacio-tiempo.
8. El Universo rezagado
Pero empecemos a hacer combinaciones extrañas. Hagamos mezclas. Imagina que añades dos partes de energía oscura (un 66%) y una parte de materia (33%), ¿qué tenemos? Pues un Universo similar pero a la vez increíblemente diferente al nuestro: el Universo rezagado.
En este modelo, la expansión y propiedades del Cosmos sería similar al nuestro, pero llegaría un momento en el que, por su combinación energía oscura-materia, empezaría, de golpe, una expansión tremendamente acelerada.
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9. El Universo que rebota
Llegamos al último modelo de Universo que entra dentro de las métricas de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker: el Universo que rebota. Imagina que se te ve la mano con la energía oscura. Añades tanta que el Universo tiene un 94% de energía oscura y solo un 6% de materia.
En este Universo con rebote, no habría habido nunca un Big Bang como en el nuestro. El Cosmos tendría su inicio en un estado de alta dilatación que se contrae hasta llegar a un punto de condensación crítico que haría que volviera a expandirse. Y se expandiría hasta que llegara a un punto crítico de baja densidad que provocara, de nuevo, su condensación. Y así una y otra vez en un ciclo infinito sin principio ni final.
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