La expansion del universo es uno de los descubrimientos mas profundos del siglo XX: las galaxias se alejan unas de otras porque el espacio mismo se estira. No es que las galaxias "vuelen" a traves del espacio — es el tejido del cosmos el que crece.
Idea central: No hay un "centro" de la expansion. Desde cualquier galaxia, todas las demas parecen alejarse. Es como puntos dibujados en un globo que se infla: todos se alejan de todos, pero ningun punto es especial.
Redshift: la huella de la expansion
Cuando una galaxia se aleja, la luz que emite se "estira" junto con el espacio. Las longitudes de onda aumentan, desplazandose hacia el rojo:
- z = 0: Galaxia en reposo (teorico)
- z = 0.1: Luz estirada 10%, ~400 Mpc de distancia
- z = 1: Luz duplicada en longitud de onda
- z = 10: Galaxias primitivas, primeros mil millones de anos
El redshift cosmologico NO es efecto Doppler clasico. Es el espacio estirandose mientras la luz viaja, no la fuente moviendose "a traves" del espacio.
La constante de Hubble: H₀
67.4 km/s/Mpc73.0 km/s/Mpc~9% discrepanciaLa "tension de Hubble" es uno de los mayores misterios actuales de la cosmologia. Las mediciones locales y cosmicas no coinciden. ¿Nueva fisica?
Coordenadas comoviles vs fisicas
Hay dos formas de medir distancias en un universo en expansion:
- Coordenadas fisicas: La distancia "real" en un momento dado. Cambia con el tiempo porque el espacio se expande.
- Coordenadas comoviles: Distancia "congelada" que no cambia. Las galaxias mantienen posiciones fijas en coordenadas comoviles.
d_fisica(t) = a(t) × d_comovil
El factor de escala a(t)
El factor de escala describe cuanto ha crecido el universo:
- a = 0: Big Bang (singularidad)
- a = 1: Hoy (por convencion)
- a > 1: Futuro (universo mas grande)
En la simulacion, el factor de escala crece exponencialmente (aproximacion de universo dominado por energia oscura).
Experimentos guiados
Cada experimento revela un aspecto de la expansion cosmica.
No hay centro: cambia de observador
Hipotesis: Desde cualquier galaxia, todas las demas parecen alejarse. Ningun punto es el "centro" de la expansion.
- Observa las galaxias desde el origen (posicion inicial)
- Nota los vectores de velocidad: todos apuntan hacia afuera
- Haz click en una galaxia lejana para centrar la vista
- Observa: ahora todas las galaxias se alejan de TI
- Repite con varias galaxias diferentes
Observa el diagrama de Hubble: La relacion lineal v = H₀d se mantiene sin importar desde donde mires.
El diagrama de Hubble: velocidad vs distancia
Hipotesis: Las galaxias mas lejanas se alejan mas rapido. La relacion es lineal: duplicar la distancia duplica la velocidad.
- Observa el mini diagrama de Hubble (esquina inferior derecha)
- El eje X es distancia (Mpc), el eje Y es velocidad (km/s)
- La linea punteada es la prediccion teorica: v = H₀d
- Cambia H₀ con el slider y observa como rota la linea
- Aumenta el numero de galaxias para ver mas puntos
Dispersion: En datos reales, hay dispersion por velocidades peculiares (movimiento local de galaxias dentro de cumulos).
Redshift y el color de las galaxias
Hipotesis: Las galaxias mas lejanas aparecen mas rojas porque su luz ha sido estirada durante el viaje cosmico.
- Activa "Color por redshift"
- Observa: galaxias cercanas son azuladas, lejanas son rojizas
- Aumenta H₀ al maximo — las galaxias se enrojecen mas
- Deja correr el tiempo — observa como todo se enrojece gradualmente
- Activa "Grilla comovil" para ver el espacio estirandose
CMB: La radiacion cosmica de fondo tiene z ≈ 1100. Fue emitida como luz visible/UV pero ahora la vemos como microondas.
La expansion en contexto cosmico
La expansion del universo conecta con multiples fenomenos astronomicos.
La expansion cosmica y la gravedad son fuerzas opuestas. A escalas cosmicas, la expansion domina. A escalas de galaxias y cumulos, la gravedad gana y mantiene las estructuras unidas. Los agujeros negros son victorias locales de la gravedad contra la expansion.
Simulacion relacionada: Agujero Negro — gravedad extrema, sin escape.
Para medir distancias cosmicas necesitamos "velas estandar" — objetos de brillo conocido. Las supernovas Tipo Ia tienen brillo uniforme. Comparando brillo aparente vs absoluto, calculamos la distancia. Asi se descubrio la aceleracion de la expansion en 1998.
Simulacion relacionada: Diagrama H-R — clasificacion estelar y evolucion.
Los lentes gravitacionales crean multiples imagenes de objetos lejanos. El tiempo que tarda la luz en cada trayectoria depende de H₀. Midiendo delays temporales en quasares con lensing, podemos calcular la constante de Hubble de forma independiente.
Simulacion relacionada: Lentes Gravitacionales — luz curvada por masa.
Que NO muestra esta simulacion
- 3D: El universo es tridimensional, la simulacion es 2D. Las distancias angulares no se representan correctamente.
- Friedmann completo: La evolucion del factor de escala es simplificada. En realidad depende de radiacion, materia y energia oscura.
- Velocidades peculiares: Las galaxias reales tienen movimientos locales de ~300 km/s que anaden dispersion al diagrama de Hubble.
- Horizonte cosmico: No se muestra el limite observable del universo (~46 Gly de radio comovil).
Del universo estatico a la expansion acelerada
Preguntas para reflexionar
- Si el espacio se expande, por que la Tierra no se aleja del Sol? Por que no crecemos?
- Hubble encontro una relacion lineal v = Hd. Que forma tendria si vivieramos en un universo que no se expande uniformemente?
- El CMB tiene z ≈ 1100. Cuanto era el factor de escala cuando se emitio esa luz?
- La expansion se acelera. Que pasara con galaxias muy lejanas en el futuro? Las seguiremos viendo?
- Einstein llamo a la constante cosmologica su "mayor error". Por que cambio de opinion la comunidad cientifica en 1998?
El universo como un globo que se infla
La expansion del universo es quizas el descubrimiento mas importante de la cosmologia moderna. Nos dice que el universo tiene una historia — hubo un comienzo (Big Bang) y habra un final (Big Freeze, Big Rip, o algo desconocido).
Esta simulacion te permite experimentar la democracia cosmica: no hay centro, no hay borde, todos los puntos son equivalentes. Cambiar de observador no cambia la fisica — solo la perspectiva.
El espacio no es un escenario fijo. Es un actor dinamico en el drama cosmico.