sábado, 29 de marzo de 2008

Forma del universo y distribución de la materia

La forma del universo nos da una idea de como está distribuida su masa (y al revés: la distribución de materia nos puede dar una idea de la geometría).

Bien, veamos una imagen sobre la distribución de materia en nuestro universo:

(foto tomada del Sloan Digital Sky Survey)
Esta imagen es un poco confusa. Hay que darse cuenta que si miramos cerca del borde del círculo, estamos viendo etapas antiguas del universo, en el que la materia estaba distribuida más uniformemente. A medida que pasa el tiempo la gravedad actúa y la materia se agrupa en grumos. Por ello debemos fijarnos más bien en la parte interior del círculo, la más centrada. A medida que nos aproximamos al centro (al presente) vemos que la materia forma una especie de filamentos. En la siguiente imagen vemos una reconstrucción del universo presente:

Cabe recordar que la mayoría de la materia-energía del universo es de una naturaleza desconocida y la denominamos comúnmente "materia oscura" o "energía oscura". Sin embargo, es lógico pensar que si la materia luminosa se agrupa debido a la fuerza de la gravedad, cualquier objeto dotado de masa estará también influenciado por los campos gravitatorios por lo que se agrupará junto con la materia luminosa.
Aún así falta por saber qué tendencia tomaría la energía oscura responsable de la expansión del espaciotiempo.

Imaginemos que el universo es una hiperesfera (una esfera pero en tres dimensiones, las esferas son superficies curvadas de dos dimensiones). Una hiperesfera que se expande uniformemente y presenta una distribución de materia uniforme tiene varios escenarios de evolución que dependen de la fuerza de la gravedad y el ritmo de expansión. Si la atracción gravitatoria entre la materia del universo supera la expansión del espacio entonces se empezará a formar grumos, que tendrán forma circular ya que la gravedad de la materia trata por igual todas las direcciones del espacio. Si la atracción se compensa con la expansión entonces la materia se queda igual de repartida que antes, de forma uniforme y sin grumos. Si la expansión supera a la gravedad la materia permanecerá distribuida uniformemente pero la densidad irá disminuyendo a medida que el universo se expande, tampoco se formarán grumos en este caso. Luego a resultas de estos tres escenarios deducimos que la materia puede agruparse, pero solo lo hará en forma de grumos esféricos (como las estrellas). Sin embargo la imagen expuesta anteriormente revela grumos que no tienen forma esférica sino filamentosa, y ya que la gravedad no trata de forma diferente las distintas direcciones espaciales debe haber otra explicación. La analogía del universo como un globo que se hincha puede ser bastante útil, pero no es correcta ya que no explica la presencia de grumos filamentosos como los de la imagen anterior.
Si los grumos de forma esférica de un universo con forma esférica (hiperesférica en realidad) se colapsan de forma indefinida por la acción de la gravedad se forma singularidades puntuales, como las de los agujeros negros producidos por un colapso estelar. Pero un grumo filamentoso que se colapsa inevitablemente no puede formar una singularidad puntual sino una singularidad con forma de cuerda, una especie de cuerda cósmica.
Imaginemos que nuestro universo bidimensional en lugar de ser como una esfera fuese como un toro como el de la imagen del post anterior. El agujero central del toro permite que la materia se agrupe siguiendo la línea circular central más interna del toro, de esta forma a medida que la materia se colapsa se forma una singularidad con forma de anillo que constriñe el agujero del toro. Un observador bidimensional que pudiese ver la singularidad, o el grumo de materia antes de que se forme la singularidad, observará que la materia se dispone en una especie de línea o cuerda; un filamento.
Aunque nuestro universo no es bidimensional, el experimento del toro sirve para darnos cuenta de que la presencia de filamentos en la distribución de materia de nuestro universo nos indica que la forma de este está lejos de parecerse a una hiperesfera en tres dimensiones, sino más bien parece una especie de queso de gruyere en el que los agujeros y los túneles permite que la materia se distribuya de una forma tan extraña como la hace nuestro universo.

2 comentarios:

Anónimo dijo...

Dices d la distribucion d la materia ke es abundante en el centro y eskasa en los bordes x ke los bordes son "espacio del pasado" y la materia era uniforme. Soy amateur en las ciencias pero ke halla mas materia despues d 1 explosion ke en la misma se eskapa a mi entendimiento.
No sera sencillamente, x variar, ke kuanto + lejos miramos - vemos x nuestras propias limitaciones teknologikas? no es ke haya - materia es ke vemos - ke no es lo mismo. Asumiendo klaro ke el universo es eterno no hubo big bang. Asi el universo "viejo" y el "nuevo" tendrian la misma densidad.
La segunda foto es en mi opinion 1 bofetada a la teoria del big bang (tu tb lo komentas kreo); si hubo 1 explosion y si se esta expandiendo es imposible ke lo haga d esa manera "organizada" en forma d red kon filamentos. Si puede tener logika si no hubo big bang y la materia simplemente danza d forma ciclika x el universo.
Lo dicho, opinion d 1 amateur.

Juanma dijo...

No se trata de una limitación tecnológica. Con los instrumentos que tenemos podemos ver cómo era el universo poco después de su comienzo, al menos en lo que respecta al universo a gran escala. Más bien se trataría de una limitación espacio-temporal, es decir, no podemos ver más allá de cierta distancia ya que la luz debería haber viajado más deprisa que la constante c para que le hubiese dado tiempo a llegar hasta nosotros durante el transcurso de la vida del universo. Es por ello que el límite espacial de exploración que tiene la luz equivale a la edad del universo, por lo que, en teoría, no deberíamos encontrar nada que estuviese a una distancia mayor de 13700 millones de años-luz.

Respecto a la distribución de materia y el modelo del BigBang, no tienen porqué ser contradictorios. Simplemente hago notar en el post, que una expansión uniforme del espacio, en todas direcciones, a mi entender, no debería dejar grumos, pero eso no implica que no deba de haber expansión, sino que, simplemente, no habría sido uniforme.
Pero vamos, que todo esto es simplemente mi intuición e ideas vagas que he podido sacar de algunos libros, blogs, etc


Un saludo!