Principios cosmológicos



La ciencia que estudia la estructura del universo es la cosmología. Los físicos, matemáticos y astrónomos que se dedican a interpretar todos los fenómenos observados y explican su origen y evolución son los cosmólogos.

Para analizar las propiedades del universo en su conjunto se realizan esquemas hipotéticos de cómo sería el universo bajo ciertas condiciones llamadas modelos cosmológicos; si esos modelos son válidos podrán identificarse a través de los datos observacionales.

Los modelos cosmológicos tienen en común el siguiente postulado: el universo debe verse de la misma manera, para un observador en cualquier lugar en que se encuentre lo que se define como "principio cosmológico". Se establece así la homogeneidad del espacio. Otro postulado, más ambicioso, dice que el universo debe parecer igual a todo observador, en cualquier punto y en cualquier época, se lo conoce como "principio cosmológico perfecto".

Es la teoría del estado estacionario del universo que se desarrolló a partir de estos postulados y dice lo siguiente: el universo debe verse idéntico desde cualquier lugar y no debe experimentar cambios en el tiempo.

Como hemos mencionado el corrimiento al rojo de las galaxias verifica que el universo se expande y, por lo tanto, aumenta de tamaño; ahora bien, si la teoría del estado estacionario es válida no podría explicar dicha expansión. Si se considera que la expansión se desarrolló a lo largo de un tiempo infinitamente largo, la materia del universo habría llegado a diluirse hasta el punto de que no quedaran galaxias para observar, a menos que se hayan ido formándose continuamente otras nuevas.

Por otra parte, la materia que compone un universo en estado estacioanrio, debe formarse a una velocidad elevada, suficiente para que se mantuviese una densidad de materia más o menos constante; esto implica que un observador de un universo en estado estacionario detectaría en cualquier instante y lugar, un mismo número promedio de galaxias viejas y jóvenes.

Este universo exige entonces la continua creación de materia (y/o de energía); en esas condiciones el ritmo de creación de materia debería ser tan alto como para ser detectado y hasta hoy, sin embargo, no se ha logrado ninguna evidencia al respecto. Esto hace dudar sobre un estado estaconario para el universo.

Si en lugar de ambos postulados, sólo se cumple el primero (principio cosmológico), el universo sería "finito" (se ve igual en cualquier sitio, pero no en cualquier tiempo). Como está en expansión, las distancias cambian de modo continuo: a medida que se expande, los astros se sepáraran unos de otros. En otras palabras: las dimensiones del universo varían con el tiempo; y esto implica que un modelo de universo que contemple únicamente el principio cosmológico es el de un universo en evolución. Por otro lado, al expandirse, el volumen del universo aumenta paulatinamente y por lo tanto la densidad decrece con el tiempo como fenómeno responsable de esa expansión.

Con el transcurso del tiempo, al aumentar la distancia entre los astros, la atracción gravitatoria mutua habría disminuido, reduciéndose entonces la velocidad de expansión. En otras palabras, la expansión del universo podría no haber sido siempre igual: al comienzo debió ser más rápida que la que se observa hoy.

De esta manera, es muy probable que se estaría produciendo una desaceleración (frenado). Para determinar cómo y cuánto se frena naturalmente la expansión del universo, es necesario contar con información de cómo varían las dimensiones del universo respecto de las distancias.

El valor de la desaceleración del universo (parámetro de frenado, q) depende de dos números: la constante de Hubble y la densidad de materia en el espacio. Según sea el valor de q se explica la forma de este modelo de universo evolutivo. Pueden darse las siguientes situaciones: a) un universo cerrado: el universo detiene su expansión en el futuro, para contraerse hasta volver a acumular toda la materia en un único punto; b) un universo abierto: continuará en expansión indefinidamente; y c) un universo plano (situación intermedia entre cerrado y abierto).

Un camino para definir qué tipo de universo habitamos (situación a, b o c) es a través de la medición de la densidad de materia del universo: será plano (c) si la densidad es menor que cierto valor límite, si es mayor entonces será curvo como una esfera (a); si en cambio la densidad es menor que el valor correspondiente a (c) también es curvo, pero abierto y semejante a una silla de montar (b). Las observaciones aún no son concluyentes: muestran un valor de la densidad de materia cercano al límite. Y justamente allí aparece uno de los problemas actuales de la Cosmología: la posible existencia de materia oscura (materia no observable).

Si esa materia realmente existe, la densidad sería mayor y también aumentaría el valor de q, modificando sensiblemente la idea sobre el tipo de universo en el que nos hallamos.

Por otra parte algunas observaciones recientes sugieren que habría una aceleración del universo, en lugar de una desaceleración.





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