La idea de que el universo se está expandiendo a velocidades superiores a la de la luz parece romper el límite máximo de velocidad. No es así. Pero hace que definir la distancia en el espacio sea mucho más complicado que simplemente medir cuánto tiempo tardó en llegar la luz.
El espacio sigue creciendo mientras los fotones están en tránsito. Una galaxia emite un rayo de luz. Ese fotón corre hacia nuestro telescopio. Mientras tanto, el tejido del espacio entre ellos se estira. Cuando la luz llega a la lente, la galaxia fuente está mucho más lejos que cuando la luz comenzó su viaje. Esto no es sólo teórico. Es por eso que los astrónomos tienen que confiar en modelos para determinar dónde están las cosas ahora.
La luz nos muestra el pasado. No el presente.
Para mapear la ubicación actual de estos objetos distantes, utilizamos un marco cosmológico. En concreto, el modelo Lambda-CDM (LCDM). Representa la materia oscura y la energía oscura. Sabemos que la materia oscura desempeña un papel (ver episodio aparte). Sabemos que la energía oscura impulsa la aceleración (otro episodio). Existen teorías alternativas, pero rara vez cambian la mecánica central de la expansión cósmica lo suficiente como para que importe para esta pregunta específica.
Definiendo el borde del universo observable
Miremos los números. El universo tiene unos 13,77 mil millones de años. La luz ha tenido tanto tiempo para viajar. Entonces, ingenuamente, uno pensaría que el borde de lo que podemos ver está a 13,77 mil millones de años luz de distancia.
Estarías equivocado.
Debido a que el espacio se ha estado expandiendo durante todo el tiempo que la luz estuvo viajando, el objeto que emitió esa luz más antigua se encuentra ahora a aproximadamente 45 mil millones de años luz de distancia. Este límite se llama horizonte de partículas. A veces los cosmólogos lo llaman horizonte comoving. A veces simplemente usan “horizonte cosmológico”. El nombre cambia según el estado de ánimo del astrofísico, no el físico.
45 mil millones. Mucho más grande que 13,77.
¿Significa esto que la información viaja más rápido que la luz? No. Significa que el espacio mismo se está expandiendo. Y el espacio no está sujeto a las mismas reglas que la materia.
La velocidad de la luz es un límite de velocidad local. Gobierna la rapidez con la que los objetos se mueven a través del espacio. No limita la rapidez con la que el espacio puede expandirse. Nunca verás un cohete pasar volando por tu ventana más rápido que c. Pero si observas dos galaxias distantes, pueden alejarse una de la otra a cualquier velocidad. No se mueven por el espacio en el sentido tradicional. El espacio entre ellos simplemente está creciendo.
Por qué el desplazamiento al rojo es más importante que la velocidad
¿Cómo sabemos que esto está sucediendo? Medimos el corrimiento al rojo.
Cuando una galaxia se aleja de nosotros, su luz se extiende hacia las longitudes de onda más largas y rojas del espectro electromagnético. Edwin Hubble utilizó exactamente este fenómeno para descubrir que el universo se está expandiendo. Vio que las galaxias más distantes tenían mayores corrimientos al rojo.
Un mayor corrimiento al rojo significa una recesión más rápida.
En un universo en expansión, la distancia y la velocidad están vinculadas. Cuanto más lejos esté un objeto, más espacio habrá entre usted y él. Más espacio significa más expansión. Y más expansión significa mayor velocidad.
Hay un punto de inflexión específico. Se llama distancia de Hubble. Se encuentra a unos 13,77 mil millones de años luz de la Tierra. Los objetos a esta distancia se alejan de nosotros a la velocidad de la luz.
¿Más allá de ese punto? Se están moviendo más rápido que la luz.
¿Es esto una trampa? No. Así es como funciona la relatividad especial a escala cósmica. A nivel local, nada supera a la luz. ¿Globalmente? El espacio puede hacer lo que quiera.
El límite oculto: el horizonte de sucesos
Entonces podemos ver las galaxias retroceder más rápido que la luz. Esto parece paradójico. Pero hay un problema.
Solo vemos esas galaxias distantes y en retroceso superlumínico porque la luz que captamos ahora se emitió hace miles de millones de años. En aquel entonces, estaban mucho más unidos. Estaban al alcance de nuestros telescopios.
Hay un límite estricto de cuánto podemos ver. No es el horizonte de partículas (la marca de los 45 mil millones de años luz). Es algo más cercano y más definitivo.
El horizonte de sucesos cosmológico.
Ubicado a unos 17 mil millones de años luz de distancia, este límite separa las galaxias que podemos ver hoy de las que nunca veremos, sin importar cuánto tiempo esperemos a que llegue nueva luz. La luz emitida más allá de esta línea en este momento nunca nos alcanzará. La expansión es demasiado rápida.
La energía oscura está haciendo que este límite sea más agresivo.
La expansión acelerada impulsada por la energía oscura garantiza que el horizonte de sucesos se estabilice. Crecerá ligeramente y eventualmente se estabilizará en aproximadamente 60 mil millones de años luz. ¿Pero más allá de eso? Oscuridad.
Las galaxias más distantes se desplazarán hacia el rojo y desaparecerán. Su luz se extenderá en longitudes de onda tan largas y tenues que se volverán indetectables.
Esto no es una especulación. Es una predicción basada en datos actuales. En unos 100 mil millones de años, si los humanos (o lo que venga después de nosotros) todavía miramos hacia arriba, todas las galaxias fuera de nuestro Grupo Local habrán desaparecido. El universo parecerá vacío. Solo nuestro propio vecindario en un mar de nada.
Es un futuro solitario para los astrónomos. Pero es consistente con la física que tenemos. El universo se expande. El espacio se extiende. Y algunas cosas se pierden en la oscuridad, no porque hayan muerto, sino porque llegaron demasiado lejos, demasiado rápido.
Y así es como es.
