La expansión del Universo: fotones que se estiran

En el mundo de la divulgación astronómica, es habitual explicar el corrimiento al rojo que medimos en la luz de las galaxias en base al efecto Doppler. Es una idea que todos hemos escuchado e incluso utilizado alguna vez. Pero es, en realidad, una idea equivocada. Imagino sorprendidos a muchos de vosotros. Pero, como diría Jack el Destripador, vayamos por partes.

La expansión del Universo fue descubierta en la primera mitad del siglo pasado. Edwin Hubble logró medir por primera vez la distancia a diferentes galaxias y se dio cuenta de que existía una relación directa entre la distancia a estas y el corrimiento al rojo que presentaba su luz. De ahí dedujo la conocida como ley de Hubble. Todas las galaxias parecían estar alejándose, a mayor velocidad cuanto más lejanas estuvieran. Y, en principio, se relacionó este corrimiento al rojo con el efecto Doppler.

El efecto Doppler consiste en el aparente cambio de frecuencia de una onda, debido al movimiento relativo de la fuente con respecto al observador. Lo podemos entender viendo el siguiente vídeo.

Imagen de previsualización de YouTube

Si explicamos el corrimiento al rojo basándonos en el efecto Doppler, caemos en el error de confundir la expansión del Universo con una explosión convencional, donde los objetos de alejan de un centro localizado dentro de un espacio ya preexistente. La expansión del Universo es, en realidad, la expansión del propio espacio. ¿Cómo explicamos, entonces, el corrimiento al rojo de la luz de las galaxias?

Todos habréis oído hablar de la radiación de fondo de microondas. Se trata de una radiación que podemos medir en todas direcciones. Que está por todas partes. Es decir, no se trata de una radiación que llegue de los confines del Universo, como podríamos imaginar, sino que inunda todo el Universo. Esta radiación tiene su origen en el momento en el que el Universo se hizo transparente y los fotones, que habían estado hasta ese momento interaccionando con la materia, pudieron liberarse y viajar libremente. Habían transcurrido aproximadamente 300.000 años desde el Big Bang. La longitud de onda de estos fotones, inicialmente energéticos, se fue alargando, “estirando” con la expansión del Universo, hasta llegar a la longitud de onda de microondas que tienen hoy día. Podemos hacernos una idea de lo que ha sucedido con ellos en la imagen.

De la misma forma, si vemos corrimiento al rojo en la luz de las galaxias lejanas es porque esa luz lleva mucho tiempo viajando por un espacio que se expande, y los fotones se han “estirado” con él. Nos puede ayudar a verlo esta imagen.

Este alargamiento o corrimiento al rojo de de los fotones es proporcional a la distancia recorrida, pues es a lo largo de este viaje cuando su longitud de onda se “estira” junto al espacio.

No es correcto explicar el corrimiento al rojo de la luz de las galaxias en función al efecto Doppler. Las galaxias, en realidad, no tienen esa velocidad que aparentan. La expansión del Universo es una expansión del espacio, mientras las galaxias, movimientos propios al margen, mantienen tamaño y posición.

Un buen modelo para entenderlo es representar el Universo con una dimensión menos, como la superficie de un globo. En él, las galaxias serían pegatinas de papel pegadas sobre la superficie. A medida que se hincha el globo, los posibles observadores de todas las galaxias tienen la impresión de que todas las demás se alejan de la suya. Porque es el espacio entre galaxias el que aumenta, mientras estas permanecen más o menos inmóviles. Las galaxias carecen, por tanto, de una velocidad propia que de lugar al efecto Doppler.

Pongámoslo más claro. Imaginemos un fotón “verde”, que parte de una lejana galaxia situada a 5.000 millones de años luz de la Tierra. La longitud de onda de este fotón puede verse afectada por el efecto Doppler debido a la velocidad propia que tenga esta galaxia. Pero nunca debido a la velocidad aparente con la que vemos alejarse a esta galaxia debido a la expansión del Universo. Es en el largo camino que recorre este fotón hasta llegar a nosotros cuando su longitud de onda se alarga según el Universo se expande.

Explicar el corrimiento al rojo de la luz que nos llega de las galaxias lejanas basándonos en el l efecto Doppler es, por tanto, erróneo. Es una idea que no debemos emplear en divulgación astronómica, por ser falsa. El corrimiento al rojo tiene lugar y nos sirve para determinar la distancia a la que se encuentran los objetos lejanos, pero no se produce debido al efecto Doppler. Es la expansión del Universo la que “estira” los fotones, desplazando al rojo su longitud de onda.

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Juan Tomé, profesor del IES Jaranda de  Jarandilla de la Vera, Cáceres y miembro de la ApEA (Asociación para la Enseñanza de la Astronomía), ha dado forma de taller a esta idea, en un documento que, si queréis más información sobre el tema, recomiendo leer: Nuestro Universo se está expandiendo, por Juan Tomé.

73 Comentarios

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Tay

Siendo biologo, y solo ligeramente friki de la fisica(aunque me encanta, aun, ¡Ni nunca!, sabre suficiente) me he visto en mas de una ocasion discutiendo con fisicos que estaban convencidos de que el corrimiento al rojo era un ejemplo de efecto doppler…
Creo que es el ejemplo en la fisica de lo que ocurre en biologia con la supuesta “evolucion de los mas fuertes”, que tanto daño ha hecho a la divulgacion de la teoria evolutiva.

Un saludo

AbraxasAbraxas

A mi me ha pasado exactamente lo mismo. Tampoco soy físico pero he tenido la siguiente conversación con un físico (que además fue el primero de su promoción en la carrera):

Yo: blabla la expansión del universo blabla el propio universo se expande blabla
Él: No, eso lo has entendido mal, cómo va a ocurrir eso.
Yo: Que sí, esto sabe por el corrimiento a rojo que se observa…
Él: No no no, el corrimiento al rojo no tiene nada que ver con eso. Eso es porque las galaxias se alejan y se produce un efecto doppler.

Conclusión: Como en cualquier otra carrera, se puede terminar físicas sin haberte enterado de nada.

Tay

Jejeje

Ultimamente creo que se puede terminar cualquier carrera sin enterarse demasiado de nada :P
Creo que estamos llegando a un punto en el que con tanta informacion disponible la universidad pierde nivel (relativo) en lugar de aumentarlo.

Un saludo

AbraxasAbraxas

Sí, por eso digo que “como en cualquier otra carrera”. Es solo que yo siempre había supuesto que en carreras como ciencias físicas o matemáticas eso no podía ocurrir, pero me he cruzado a cada uno…. ¡y algunos eran de los mejores de su promoción!

Al final, los buenos buenos son los apasionados. El resto…

También me viene a la memoria un blog de divulgación que en su momento era famoso (yo dejé de leerlo) en el que el divulgador, profesor de física, decía que la desviación de los fotones en campos gravitatorios se debía a que, aunque no tenían masa, como hay una relación entre masa y energía (E=mc^2), en realidad sí tienen masa y por eso les afectan los campos gravitatorios.

Hay mucha gente, físicos entre ellos, que tienen problemas con la naturaleza “elástica” del universo. También he visto a muchos que tienen dificultades asumiendo los efectos relativistas, por ejemplo la dilatación temporal. Son conceptos contraintuitivos, pero los resultados experimentales están ahí y las ecuaciones funcionan.

AdevegaAdevega

Aunque supongo que la respuesta correcta a la desviación de los fotones es la propia curvatura del espacio, me ha surgido una duda con lo de los fotones y la masa. Siempre se dice que los fotones no tienen masa en reposo, no que no tienen masa. ¿A la velocidad de la luz puede entonces un fotón tener masa?. ¿Tiene ésto algo que ver con lo que decía ese blog de divulgación?.

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AbraxasAbraxas

Un fotón no tiene masa, si la tuviese no podría viajar a la velocidad de la luz. Un objeto que se mueva a la velocidad de la luz

En ese blog cometían el error de obviar la curvatura del espacio-tiempo que producen los campos gravitatorios. Un campo gravitatorio no afecta directamente a un fotón, pero el campo gravitatorio deforma el espacio-tiempo, con lo que altera la trayectoria del fotón. Si el fotón se viese directamente afectado por el campo gravitatorio, experimentaría una fuerza y, por tanto, una aceleración. Tendríamos que los fotones que van hacia un cuerpo muy masivo irían significativamente más rápidos que aquellos emitidos por dicho cuerpo masivo, pero no es así.

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Manu Arregi Biziola

Es que esto es cosa de cosmólogos, Tay. Si hablas con uno de ellos de esto te dicen: ¿quéee?
Si se da el efecto Doppler en la luz, pero cuando la velocidad es propia. El corrimiento puede ser al azul o al rojo, según se acerque o aleje. Eso se usa y se mide. Pero la velocidad aparente con la que vemos alejarse las galaxias debido a la expansión, no da lugar a efecto Doppler . Por mucho que se haya repetido una y mil veces

Ismael

Cierto, por poner un ejemplo de uso del efecto doppler. Podemos calcular la velocidad de rotación de un agalaxia midiendo el efecto doppler de las estrellas que se alejan y de las que se acercan, debido a ese movimiento de rotación.

pepe luispepe luis

Pues si , ami siempre me a apasionado este tema, he visto muchos documentales y he leido mucho sobre el y es la primera vez que leo esta explicación como no soy físico nunca me lo habia planteado. Gracias por sacarme de mi ignorancia

AgusAgus

El efecto Doppler explica el corrimiento hacia el rojo (¿acaso no cambia la longitud de onda de la luz de un cuerpo que se aleja?).
Además, el mismo efecto Doppler se aplica para calcular hacia dónde se produce el giro de una estrella, su rotación, pero también hacia dónde rota una galaxia, pues la parte de una estrella, una galaxia, etc, que se acerca a nosotros tiene corrimiento hacia el azul y la que se aleja tiene corrimiento hacia el rojo.
Esto es algo más que comprobado empíricamente y las ecuaciones Doppler, relativistas o no, cuadran perfectamente. No me ha gustado este artículo, lo siento.
Y el chiste de vayamos por partes está muy gastado.

Alberto FernandezAlberto Fernandez

Solo comentar que el articulo esta bien explicado, y que lo que dice es estrictamente correcto. La interpretacion del corrimiento al rojo de la luz como efecto Doppler te lleva a todo tipo de paradojas. Es muy facil meterla con disimulo para una explicacion rapida “campo-playa”, pero luego te lleva a sitios donde no querrias estar.

El efecto Doppler se utiliza para mil cosas, desde giros de discos de estrellas hasta ponernos multas en el coche, pero no se puede aplicar a las medidas de corrimiento al rojo en la expansion del universo.

Asi que siento corregirte, pero lo que dices es erroneo (que no te guste el articulo o el chiste, faltaria mas, me parece correctisimo!)

lenileni

Lo del efecto doppler, la velocidad es entre el emisor y el receptor, da igual como vayan. Si en el video es la persona la que se mueve en vez del coche (a la misma velicidad) habra efecto doppler, igual que si los dos mueven a mitad de velocidad.

Y yo tengo entendido que la radiación de fondo de microondas es microondas por su temperatura, nada de doppler. En la curva espectral, que tiene la forma del de cuerpo negro “perfecto”, el maximo esta en el microondas, como un buen cuerpo negro a casi 3º kelvin.

Nunca habia oido explicar asi el fondo de micrroondas, y no por ello estara mal. Simplemente es otra forma de explicarlo, y lo mismo pasara con el corrimiento al rojo, que por cierto, en el articulo no explica porque no esta bien usar doppler. Por tanto el articulo, para mi, no esta del todo correcto.

Manu Arregi Biziola

Si explica el artículo por qué está mal usar Doppler para explicar el corrimiento al rojo cosmológico. O trata de hacerlo: es porque la velocidad es aparente, no real.
El fondo de microondas se explica en muchos lugares así. Otra cosa es que en divulgación se haga habitualmente mal.

lenileni

Al efecto doppler lo que le importa es a que velocidad se mueve el emisor repecto al receptor (o al reves), independentemente de como lo haga. Y las galaxias se mueven respecto a las nuestras, que es velocidad relativa. Pero no entiendo lo de velocidad aparente.

A lo que me refiero es que las dos explicaciones pueden servir para aclarar la misma cosa. “2 lados de la misma moneda”.(y lo mismo para el fondo de microondas)

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Alberto FernandezAlberto Fernandez

Lo del fondo de microondas es un poco la pescadilla que se muerde la cola. La forma mas habitual (para mi) de pensar en ello es empezar con fotones a muy alta temperatura, en un medio muy denso y muy caliente. Ese medio se expande de forma rapida, los fotones “sufren la expansion” tal como se explica en el articulo, y por tanto el espacio se enfria, tanto porque el numero de fotones por unidad de volumen cae, como porque cada foton ademas pierde energia. Ademas, esto encaja de maravilla con las observaciones.

Por otra parte uno puede verlo como que el espacio al expandirse se enfria, y ya esta–pero me parece que, si ignoras la perdida de energia individual de cada foton, te faltaria parte de la explicacion y no podrias justificar exactamente las observaciones.

Y si, el FCM es un cuerpo negro perfecto, y esta a algo menos de 3K, en las microondas. Pero eso no tiene que ver con como llegues hasta ahi. Tal como yo lo veo, seria muy dificil explicar la forma del cuerpo negro del FCM en base a nada que tenga que ver con Doppler–de hecho, no acabo de ver del todo la relacion con esta discusion, mas alla de lo que hace el articulo, ponerlo como un ejemplo de la “expansion” de la longitud de onda de los fotones.

El Navegante

Coincido con Alberto y no entiendo que relación ves entre el fondo de microondas y Doppler.
En lo que refiero a velocidad aparente es a que no es una velocidad real de la galaxia. Es algo que se ha apuntado ya, pero si queremos aplicar Doppler al corrimiento al rojo cosmológico, tendríamos que asignar a las galaxias o quasares que vemos más lejos velocidades superiores a la de la luz, algo imposible. Esa paradoja no existe con el otro modelo. la longitud de onda se alarga sin problema.
Demosle una vuelta más al asunto. Imaginemos que el universo no es como parece que es y se detiene, volviendo a comprimirse. Lo fotones del fondo de microondas se comenzarían a comprimir y a “calentar” por tanto. Es decir, hay que ver todo esto en términos del espacio que se estira o se comprime y que en esa medida afecta a las longitudes de onda.
Vamos, que muchas veces imaginamos que el Universo de va enfriando como se enfría una brasa. Y no es igual. Cuando se enfría una brasa, se emiten, cada vez, fotones mas “fríos”. Con el fondo de microondas es diferente. Son los mismos fotones del principio, pero “estirados”

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Manu Arregi Biziola

Las ecuaciones de Doppler funcionan salvo que nos alejemos lo suficiente. En ese caso, se daría la paradoja de tener que asignar a esos objetos alejados velocidades superlumínicas. Ahí falla Doppler. La explicación correcta, no. La longitud de onda va creciendo según viaja por el espacio, sin límite.No hay velocidades superlumínicas.
Una cosa es que las ecuaciones nos den valores correctos y otra que sea lo que está sucediendo.

AgusAgus

Estoy con el cometario de Manu Arregui, habría que especificar de qué velocidad hablamos. Saludos.

jcsjcs

Para los que tampoco saben los que es el “corrimiento al rojo”…
http://es.wikipedia.org/wiki/Corrimiento_al_rojo

¡Muy interesante! Pero, si el efecto doppler no se produce en las galaxias, o eso de que las pegatinas del globo no cambian de tamaño, ¿que significa? ¿El espacio no se extiende uniformemente (entre las galaxias sí, pero dentro de ellas no)? o ¿es una cuestión de escala (o sea que el hinchamiento de las galaxias es omisible frente a la inmensidad de las distancias intergalácticas)?

Gracias por ayudarme…

Manu Arregi Biziola

Las galaxias, los átomos, el sistema solar, nuestro cuerpo,…no se expanden. Las fuerzas que los mantienen unidos son mayores que la de la expansión y no crecen. Si todo creciera,no tendríamos manera de medir el aumento. Si nuestro metro se extiende, nada parece cambiar de tamaño.

jcsjcs

Lo del metro que se extendería lo entiendo muy bien. Sólo era que no entendía porque partes se extienden y otras no. Gracias por explicármelo.

EmilianoEmiliano

Bueno, este es el punto que nunca me cerro realmente. ¿Cual es la explicación para que digamos que el espacio-tiempo se expande mientras que nuestros “metros” se mantienen “rígidos”? Si así fuera, en el momento justo antes del big bang o instantes posteriores, “nuestros metros” hubieras sobrepasado los limites de la singularidad, cosa que es imposible, en ese caso supongo que de alguna forma tienen que expandirse con el Universo, y esto es lo que nunca me cerro de como es que uno puede tener un patrón de longitudes casi constante para determinar la expansión del Universo.
Espero no haber sido muy confuso.
Saludos.
Emiliano.

AbraxasAbraxas

Lo dice en el propio mensaje al que respondes: las fuerzas que nos mantienen unidos son mayores que la expansión del universo. Ayer estuve leyendo un artículo muy interesante que hacía un resumen de todas estas cosas, pero no lo encuentro ahora mismo (me suena que lo leí en el blog de Plait). Solo encuentro este vídeo-presentación:

http://hubblesite.org/hubble_discove...ark_energy/

Está muy bien, échale un ojo ;)

jcsjcs

Y ya que estamos, ¿porque sólo se extiende la frecuencia de las ondas, y no también su amplitud? …porque (y lo siento, mis clases de ciencias están ya muy lejos) ¿de extenderse en ambas direcciones, las ondas no mantendrían su “color”?

TonyTony

El color depende de la longitud de onda (o la frecuencia si lo prefieres, según si eres científico o ingeniero), no de la amplitud. La amplitud te indicaria con que intensidad te llega.

Yo entendería que si la expansión afecta a la longitud de onda, tambien afectaria a la amplitud como dices, puesto que la expansión no es en una sola dimensión, pero eso lo único que te indicaría sería que la señal se haria “mas fuerte”.

En cualquier caso, un cambio pequeño en amplitud sería dificil de percibir (sobre todo considerando que no sabes con qué intensidad venia la señal del origen), sin embargo, un cambio incluso mínimo en longitud de onda es más facil de detectar.

Alberto FernandezAlberto Fernandez

Este es un caso en que se entiende mucho mejor si piensas en fotones individuales… cada foton pierde energia al ir moviendose (su longitud de onda se alarga, ergo su frecuencia se reduce y su energia tambien) y la intensidad de la radiacion cae con el cuadrado de la distancia porque el mismo numero de fotones que salio de la fuente se reparte en superficies cada vez mayores (crecen como 4 pi r^2)… ambos efectos (y alguno mas) deben ser tenidos en cuenta cuando calculas la emision de una fuente a distancias cosmologicas.

jcsjcs

Esto de que la luz sea onda y particula a la vez, por mucho que lo sepa, me duele figurarmelo…pero sí que es verdad que se entiende mejor pensando en fotones que en ondas.
Gracias.

TonyTony

Pues es cierto que resulta más sencillo de ver con este enfoque :)

Aunque a mi, siendo Teleco, pues lo de la onda me resulta más famiiar… :P

MarcosMarcos

Lo que no acabo de entender es como se puede utilizar un enfoque erróneo (el efecto Doppler) para llegar a la conclusión de que el Universo se expande y, a renglón seguido, deducir que ese corrimiento no es por el efecto Doppler, sino por la misma expansión del espacio.
¿No se llama a este tipo de falacia argumentativa ‘afirmación de la consecuencia’?
Aunque también es posible que no haya pillado bien la línea argumental del asunto.

Alberto FernandezAlberto Fernandez

Pues es asi de chungo, si… la primera explicacion de la expansion del universo se dio mirando unas cuantas galaxias y deduciendo que se alejaban de nosotros por efecto Doppler. La observacion es estrictamente correcta, la interpretacion como Doppler tal cual no lo es. Con el tiempo se vieron galaxias cada vez mas lejanas, alejandose cada vez mas rapido, hasta que alguien se dio cuenta de que el efecto Doppler como explicacion no valia (por ejemplo, muchas galaxias deberian moverse mas rapido que la luz). Y entonces se refino el tema, para achacar el corrimiento al rojo a la propia expansion del espacio, con lo que esos problemas desaparecen. A pequenyas escalas (digamos z<0.1 por ejemplo) si piensas en Doppler puro y duro, no hay ningun problema practico…

Manu Arregi Biziola

El error viene, probablemente, de tiempos del propio Hubble. Se interpretó el corrimiento al rojo como debido al efecto Doppler. Es cuando se empieza a entender cómo es la expansión del Universo que se interpreta correctamente el corrimiento al rojo. Además,de interpretar el corrimiento al rojo como Doppler, debido a la velocidad,tendríamos galaxias a las que habría que asignar velocidades superlumínicas cosa que, con permiso de los neutrinos rebeldes, no es posible.

ArturoArturo

Pregunta,¿entonces el big bang no impulsó el movimiento de las galaxias? segun esto es el espacio que crece entre ellas ¿no? ¿Eso significa que las galaxias están quietas? ¿Y por qué crece ese espacio?
Jo, esto ha sido un palo

Tay

Te respondo, Arturo.

*¿entonces el big bang no impulsó el movimiento de las galaxias?

-Sí que lo impulsó. Trata de ver el Big Bang como el inicio de la expansión del espacio, como una hinchazón del espacio, no como una explosión EN el espacio.
Si ves el Big Bang como una explosión localizada en un lugar concreto no lo comprenderás, en cambio si te das cuenta de que el Big Bang, por definición ocurrió no en un lugar, sino en todas partes, te será más sencillo.
Si el espacio se originó con el Big Bang, todo el Universo es el centro del Universo. ;)

*es el espacio que crece entre ellas ¿no?

-Sí, y dentro de ellas.

*¿Eso significa que las galaxias están quietas?

-No, claro que se mueven. El espacio se estira, pero ellas se mueven por el espacio como nosotros podemos también hacerlo. Piensa que Andromeda se dirige hacia nosotros, y un día colisionará con nuestra galaxia. Si solo existiese separación entre las galaxias esto no podría nunca ocurrir.

*¿Y por qué crece ese espacio?

-Nadie lo sabe realmente. La energía oscura nos sirve para explicarlo (la expansión y la aceleración de esta), y parece ser que es una idea que se aproxima mucho a lo que en verdad esta ocurriendo, pero no sabemos cual es su origen.

Un saludo

El Navegante

Tay, para ser biólogo, te veo muy puesto en el tema ;-)
Hay físicos que no saben tanto del tema. esos amigos con los que discutías, por ejemplo

Tay

Gracias Manu

Lo cierto es que la fisica me parece tan interesante que no podria vivir sin leerla… Una vez se empieza no se puede parar. :)
Solo me limita lo malo que soy con los numeros!

ArturoArturo

Gracias Tay, muy bien explicado. Ahora lo entiendo mejor. Por cierto, la frase “Todo el Universo es el centro del Universo” es sublime, pronto veremos camisetas con ella.

Un abrazo desde Granada.

DanielDaniel

Una pregunta: Al ser la expansión del universo un proceso más o menos continuo en el tiempo (inflaciones a parte), en cada instante la fuente emisora de fotones los emitirá con una longitud de onda distinta (mayor según pase el tiempo y se vaya “estirando” el espacio), ¿este efecto no falseará nuestra medición de la velocidad de la expansión del universo y dará una impresión errónea de que se está acelerando?. (también supongo que si ese efecto es posible los que hacen las mediciones ya lo tendrán en cuenta, pero nunca lo he oído mencionar…)

El Navegante

No entiendo muy bien la pregunta. Hay muchas fuentes de emisión en el Universo pero, si tomamos una estrella, cómo emite ésta no depende del tamaño que tenga el Universo. No le afecta. No capto bien por donde vas.

DanielDaniel

Disculpa por no haber contestado antes y por no haber sido muy claro. A ver si lo consigo explicar: Si el corrimiento hacia el rojo se debe a que el espacio se “estira” y por lo tanto aumenta la longitud de onda de los fotones (ejemplo del globo), podemos estar ante dos situaciones: que el fotón emitido en este instante tenga la misma longitud de onda que uno que se hubiese emitido, por ejemplo, hace mil millones de años, con el universo más contraído, o que la longitud de onda del fotón sea, en el momento de su emisión, acorde con lo estirado que esté el universo en ese momento. (en otras palabras: en el primer caso el fotón se generaría en un sistema de referencia fijo e independiente de la expansión y en el segundo caso se generaría en un sistema de referencia que se va estirando (en el que estamos “montados”, por eso no percibimos la expansión en nuestro día a día)). Si suponemos que se da el segundo caso, el fotón emitido hace cien mil millones de años no tendrá la misma longitud de onda que el emitido hace diez mil millones (hablo del momento de la misión, no de nuestra percepción actual como observadores del fotón), de la misma manera, un fotón se emitirá en un estado del espacio “más expandido” que cuando se emitió el anterior, por lo que se sumarán los efectos: la amplitud de la longitud de onda debida al alejamiento causado por la expansión del espacio y el aumento de la longitud de onda por haberse emitido en un espacio más “estirado”; el efecto sería (creo) que observaríamos una aceleración en el cuerpo emisor de fotones (para que se entienda: estaríamos en una situación en la que el espacio también es una función del tiempo).
En el primer caso (el fotón tiene la misma longitud de onda antes y ahora), el corrimiento hacia el rojo se debería al efecto doppler provocado por el alejamiento del emisor debido a la expansión del universo al que se sumaría o restaría el provocado por el propio movimiento del emisor.
No se si con esto lo he explicado o lo he liado más. A ver que opináis del tema. Un saludo.

JavierJavier

Excelente desarrollo del tema, como novato en el tema, te agradezco la explicación.

Sigue adelante.

Javier Bonilla
El Salvador. C.A.

luisilloluisillo

Yo diria que la luz que nos llega de las galaxias que se expanden tienen una determinada longitud de onda, pero cuando ya se alejan del observador esta longitud es más larga.

Luis Luna

Sigo sin entender (es que soy lento) como pueden separarse las galaxias y de forma acelerada y no se separan de la misma forma (no aumenta el espacio que hay) mi monitor de mi cabeza ???

Alberto FernandezAlberto Fernandez

No eres lento, no… o al menos no por eso! :)

La respuesta que te dara alguien que sepa de esto es que “los objetos que estan ligados por fuerzas gravitatorias o electromagneticas no se expanden”,porque esas fuerzas son muchos ordenes de magnitud mas fuertes que la propia expansion. Asi que no crecen los atomos, ni los objetos, ni la distancia Tierra-Sol, ni siquiera nuestra Galaxia.

Vale, estupendo… pero la pega (y creo que realmente nadie te la contesta del todo, al menos no a mi) es que la gravedad es una fuerza de largo alcance… por tanto, nuestra Galaxia esta ligada gravitatoriamente a Andromeda (2.5 M de anyos luz, creo recordar). De hecho, se estan acercando, no alejando. Y estamos ligados gravitatoriamente al Cumulo de Coma… y, de hecho, a cualquier otro objeto del Universo. Lo que pasa que cuando esa ligadura es “suficientemente pequenya” entonces ya no se considera, y gana la expansion delUniverso… bueno… vale… si no lo piensas demasiado!

SantiagoSantiago

Mas de 10 años con una idea equivocada sobre la expansión del universo. Muchas gracias por enseñarme, debo leer y estudiar mas sobre este tema.

PapriviPaprivi

Me imagino que el corrimiento hacia el rojo será debido a la suma del producido por la velocidad relativa del cuerpo con respecto a nosotros, más la producida por el incremento del espacio debido a la expansión del universo.
En lo que me queda más dudas es si en el primer término de la suma, el que tiene en cuenta la velocidad, es si hay que hacer alguna distinción entre la velocidad que ocasiona la propia expansión y la que es propia del cuerpo medido.
Me imagino también que en el caso de que supusiésemos que la expansión se hubiera parado en la actualidad, el término segundo aportaría al corrimiento hacia el rojo el acumulado por la expansión del espacio que hubiera habido anteriormente.
Incluso en el caso de que el universo se estuviera contrayendo (es un supueto) podría este segundo término producir hasta un cierto punto un corrimiento hacia el rojo, si el espacio creado cuando todavía había expansión es mayor al recortado por el efecto de la contracción.
No se si me habré expresado con claridad, pero si se me ha entendido, ¿me estoy equivocando en algo?
Saludos.

Jorge A. Vázquez

Hombre, si esos físicos de los que habláis no han visto cosmología en la carrera, es normal que no sepan diferenciar el z cosmológico del doppler.

babsybabsy

He leido detenidamente el articulo y si no lo he entendido mal, indicas que el efecto Doppler no es aplicable ya que la velocidad de la galaxia seria despreciable o inexistente, segun dicha suposición puedo entender tu razonamiento, pero no por ellos se puede decir que el razonamiento en el cual se tiene en cuenta la velocidad con la que se mueve la galaxia y por tanto se produce efecto Doppler, sea erroneo, simplemente se basan en condiciones iniciales distintas.

AbraxasAbraxas

Es muy simple: el efecto Doppler no explica el corrimiento al rojo. Lo explicaría si fuese mucho menor e independiente de la distancia, pero resulta que hay más corrimiento cuanto mayor es la distancia y, además, estaríamos hablando de velocidades superlumínicas (lo cual es imposible). Es decir, que el corrimiento al rojo que se percibe no es debido a un efecto Doppler (porque no lo explica) sino a la expansión del universo (que sí lo explica).

Alberto FernandezAlberto Fernandez

A ver, creo que hay un poco de confusion. El articulo no dice que el efecto Doppler no exista, o que las galaxias no lo tengan. De hecho, cualquier cosa que se mueva lo sufre, ya sea como emisor o como receptor. Lo que pasa que el corrimiento al rojo que se observa en las galaxias es, en su mayor parte, un efecto cosmologico, debido a la expansion del propio espacio, y no un Doppler debido al movimiento de las galaxias en el. No obstante, ambos se suman: cuando mides el valor de z hay una parte que es debida al “Flujo de Hubble” (asi se llama) y otra que es debida a los movimientos propios de ese objeto en el marco del espacio.

Para acabar de aclararlo (o de liarla mas aun) hay que tener en cuenta que los astronomos miden z y (en casi todos los casos) lo “traducen” en terminos de flujo cosmologico, despreciando la componente que pueda tener de puro Doppler. Eso de hecho lleva a problemas que hay que tener en cuenta cuando se hace un analisis fino (distorsiones, por ejemplo los famosos “Dedos de Dios”).

El Navegante

Si, en el artículo digo que la velocidad propia de las galaxias si produce efecto Doppler. El corrimiento puede ser al rojo o al azul. Lo que no produce Doppler es la velocidad aparente de las galaxias

LeandroLeandro

Me da la misma impresión que Marcos. No se puede deducir que el universo se expande por el corrimiento hacia el rojo porque sabemos que no es el efecto doppler y no hemos podido experimentar ese corrimiento hacia el rojo por expansión del espacio en un laboratorio.
En fin, la expansión del universo parecería ser ahora una teoría para explicar el corrimiento hacia el rojo, más que un hecho confirmado, ¿o existen otras pruebas?
Tampoco me queda claro porqué tenemos que hablar de una energía oscura, porque que yo tenga en conocimiento no existe ninguna ley natural que diga que para expandir el espacio en sí se necesite energía.
Por último, ¿sería acaso posible asociar el corrimiento hacia el rojo como un fenómeno natural que siempre ocurre a grandes distancias sin que el “espacio” se expanda?
Aclaro que ing. de software, por lo que es altamente probable que escriba alguna burrada.

Saludos!

AbraxasAbraxas

“En fin, la expansión del universo parecería ser ahora una teoría para explicar el corrimiento hacia el rojo, más que un hecho confirmado, ¿o existen otras pruebas?”

Existen pruebas de cómo el universo se deforma en presencia de campos gravitatorios.

“Tampoco me queda claro porqué tenemos que hablar de una energía oscura, porque que yo tenga en conocimiento no existe ninguna ley natural que diga que para expandir el espacio en sí se necesite energía.”

Para expandir el universo hace falta gravedad. ¿Por qué la “energía oscura” es “energía” y no “materia”? Pues porque está uniformemente distribuida por el espacio y su “densidad” no varía conforme se produce la expansión (algo que sí ocurre con la materia). Es una fuerza gravitatoria de fondo en el universo y que, como buena fuerza gravitatoria, provoca ese estiramiento del espacio-tiempo.

Por tu pregunta, creo que se te escapa en qué consiste exactamente eso que los físicos llaman “expansión”. Como explican en el artículo, no se trata de las galaxias alejándose unas de otras, sino del espacio que hay entre ellas estirándose.

LeandroLeandro

Gracias por tus comentarios Abraxas. De cualquier manera no me queda claro si podemos o no replicar el corrimiento del espectro de la luz por estiramiento del “espacio” en un ambiente controlado (en un sitio donde tengamos alguna otra prueba que el espacio está siendo estirado). Me parece un requisito fundamental para darle sustento a toda esta idea.

AbraxasAbraxas

No hace falta replicar un fenómeno en un laboratorio para sustentar una idea. Lo único que necesitas es observar, extrapolar las conclusiones y verificar que se cumplen. Eso ya se ha hecho (y se hace día a día). Hasta que no seamos capaces de generar y modelar campos gravitatorios a placer para poder “jugar” con la deformación del espacio-tiempo, tendremos que limitarnos a sacar conclusiones de nuestras observaciones de dichos campos en la naturaleza. Pero absolutamente TODAS las predicciones que se se derivan de la teoría que habla de la deformación del espacio-tiempo en presencia de la gravedad se demuestran válidas (incluso se construye tecnología teniendo en cuenta estos efectos; el GPS no valdría para nada si no se tuviesen en cuenta los efectos relativistas, por ejemplo).

Ahora mismo conocemos muy bien los efectos de la gravedad, los comprendemos y podemos predecirlos con una precisión casi absoluta.. Lo que se nos escapa totalmente es la naturaleza de la gravedad, qué es, qué la origina a nivel fundamental.

Pablo Lonnie Pacheco Railey

Muy buen artículo. Sirve muy bien para explicar también el corrimiento al rojo en la vecindad de objetos colapsados por gravedad, como enanas blancas, estrellas de neutrones y -peculiarmente- hoyos negros. Felicidades y gracias por compatir

LunaLuna

Hola!!

Muy-muy interesante!! Tengo un par de preguntas:

1.- Si el espacio se expande, también lo hace el tiempo?
2.- A qué velocidad se expande el universo? Puede ocurrir que una galaxia se esté acercando a nosotros pero que la expansión del universo sea mayor y en realidad se aleje por eso?

Gracias!!

LeandroLeandro

Me sumo a la pregunta de Luna. En particular, me gustaría saber si es posible separar el efecto doppler del efecto “expansión del universo” cuando se ve un espectro.
En particular, en caso de sentidos opuestos (universo se expande, pero galaxia se acerca) es posible que una galaxia esté disminuyendo su distancia porque se acerca más rápido que lo que se expande el universo pero que aún así el espectro se vea corrido hacia el rojo???

Saludos

Alberto FernandezAlberto Fernandez

A ver, que conste, esa pregunta es para nota, asi que perdonad si me enrrollo un poco mas de la cuenta. Primero voy a eliminar la primera… por lo que sabemos no, el tiempo no se expande. Tenemos “relojes” que permiten medir el tiempo (por ejemplo, la tasa de desintegracion de un atomo dado, o la de reaccion de una reaccion quimica o nuclear dada) y nunca se ha visto diferencias en ese ritmo comparando objetos lejanos y cercanos.

Ahora lo otro. “A que velocidad se expande el universo?” La respuesta a eso es la famosa constante de Hubble, que segun el valor que medimos hoy es aproximadamente 70 kilometros por segundo por Megaparsec. Es decir, dos objetos _que_sigan_el_flujo_de_Hubble, es decir, que se expandan con el universo (como si fueran dos puntos pintados en el globo, no dos hormiguitas que se paseen por el!) se separan a una velocidad de 70 km/s si estan separados 1 Mpc de distancia (3.26 millones de anyos luz).

Para pequenyas escalas, un punyadin de Mpc, eso es lineal. Es decir, si doblas la distancia, doblas la velocidad. Si la multiplicas por 10, tambien la velocidad se multiplica por 10. Pero cuando vas a escalas mas grandes ya no es verdad del todo, y al aumentar la distancia la velocidad se comporta de otra forma, dada por una formula bastante complicada. Se va alejando mas rapido, pero de una forma no lineal.

Y ahora la “final”… si, la velocidad debida al propio movimiento de un objeto se suma a la que induce la expansion del espacio, y por tanto en teoria pueden pasar las dos cosas: que un objeto parezca acercarse cuando en realidad deberia alejarse, o (mucho mas facil) que este moviendose hacia nosotros, pero nos parezca que se aleja porque “se impone” el flujo del universo.

Como podemos ver eso de un modo relativamente facil? Con cumulos de galaxias! En un cumulo de galaxias, estas se mueven como si fuera un enjambre de abejas. Cada una va haciendo orbitas en torno al centro, mas o menos abiertas, de forma que se aleja del centro hasta una cierta distancia, da la vuelta, se pasa del centro, sigue en la otra direccion, hasta que se frena, y vuelta a empezar. Asi todas.

Visto desde nosotros el cumulo se aleja, en promedio, con una cierta velocidad, pongamos por ejemplo 50,000 km/s. A esa velocidad hay que sumarle entonces la de cada galaxia. Algunas estan cayendo hacia el centro alejandose de nosotros, asi que se suman las dos velocidades. Otras en cambio estan mas alejadas, y caen hacia el centro hacia nuestra direccion, en ese caso restamos las velocidades.

Las velocidades tipicas en un cumulo pequenyo son pocos cientos de km/s, uno grande puede tener hasta 1000 o 2000 km/s. Entonces, al mirar a ese cumulo (supongamos que es de los de 1000), veremos velocidades que van de 49,000 (unas pocas) a 51,000 (otras pocas) km/s, y la mayoria mas cerca de los 50,000 (aqui estan las que estan casi paradas porque estan en el momento de girar, o las que caen hacia el centro en planos cercanos al del cielo, su proyeccion hacia nuestra visual es casi cero,,,) (eso es mas geometrico, quizas mas complicado de ver aun…)

Como viendo el cumulo en una imagen no vemos movimiento, es imposible decir quien esta moviendose hacia donde, asi que al final lo que medimos es un monton de galaxias con velocidades ligeramente diferentes, pero muy cercanas en el cielo. Si convertimos “a pelo” esas distancias en velocidades, nos parecera que hay una estructura “alargada” que apunta hacia nosotros, es lo que se llama un “finger of God”. Eso viene del error de traducir directamente: corrimiento al rojo —> velocidad de Hubble—> distancia, sin tener en cuenta que puede haber componentes de la velocidad que no tienen nada que ver con Hubble.

PERO, para cerrar, y de nuevo disculpad el rollo. Las velocidades intrinsecas mas altisimas que vemos en galaxias y objetos “normales” son del orden de pocos miles de kilometros por segundo. Eso corresponde a redshifts muy pequenyos (para la cosmologia), del orden de 0,05 o menos. Asi que cuando hablamos de objetos mas lejanos que eso, la componente de Hubble domina siempre.

Un saludo…

El Navegante

Gracias que está Alberto de guardia ;-)
Correctísima explicación. El corrimiento al rojo cosmológico se puede distinguir del Doppler hasta cierto punto, a partir del cual el cosmológico se impone. Hasta ese punto, es cuestión de estudiar la dinámica del cúmulo de galaxias.
Respecto a la primera pregunta de Luna, yo desde luego no he leído de nada sobre que la expansión le afecte al tiempo. Si lo hacen los campos gravitatorios y la velocidad. Con lo que volvemos al origen de toda esta discusión, en cierta manera. Si las galaxias tuvieran realmente esa velocidad, el tiempo iría más lento en ellas. Y, yéndome un poco por los cerros de Ubeda, si lograramos medir el pulso de Cefeida en esas galaxias, veríamos que no siguen el patrón establecido, por ir allí el tiempo más lento.

LunaLuna

Muchas gracias a los dos por vuestras respuestas!! Ya me ha quedado más o menos claro. No soy física (aunque me encanta y leo lo que puedo), y me cuesta entender o asimilar algunos de estos conceptos, pero poco a poco vamos aprendiendo.

Muy interesante!! Gracias!!

Pedro GarcíaPedro García

En realidad, puestos a no sembrar impresiones equívocadas, convendría no hablar de que el “espacio estira los fotones”; estira, como también se dice, su longitud de onda. Sugiero que sólo se diga esto último y se evite el equívoco.
Gracias por vuestra atención.
Pedro

Manu Arregi

Correcto, Pedro. Es un tema complicado, más complejo de lo que se muestra aquí. Se alarga la longitud de onda de los fotones, no los fotones en sí, que son una entidad, cuanto menos, extraña

IvanIvan

¿Y esta expansión sólo “estira” la longitud de onda de los fotones? ¿Qué pasa con las longitudes de onda del resto de particulas que pueblan el universo? protones, neutrones, electrones…

Esto lo pregunto porque al poner el ejemplo del globo haces una especie de truco. Tratas las galaxias como pegatinas puestas en el globo y a la luz como algo pintado con rotulador en el globo. Mientras que las pegatinas son rígidas y mantienen su tamaño al inflarse el globo, la luz pintada con rotulador si crece al inflarse el globo. ¿No debería ser o todo pegatina, o todo rotulador? Si las galaxias (y por tanto tb el observador) estuviesen también hechas de rotulador entonces crecerían al mismo ritmo que crece la longitud de onda de la luz y no habría corrimiento al rojo ya que todo quedaría escalado. Es decir, no pintas al observador en el globo, pones al observador como fuera del globo que ve al globo hincharse y a la luz “agrandarse” con ella, pero el observador tambien estará en el globo…

Luego, no termino de entender eso de separar el movimiento entre 2 cuerpos en movimiento debido a “movimiento real” del objeto respecto a un espacio y absoluto, y otra componente debido a que los objetos “van montados” sobre algo a lo que llamamos espacio y que esto se expande. Si dos objetos están “quietos” pero su distancia aumenta porque se expande el espacio… esos dos objetos no están quietos, se están moviendo, porque esa es justamente la definición de movimiento. Si la distancia entre 2 objetos aumenta con el tiempo es que esos 2 objetos se mueven el uno con respecto al otro. Además esto me plantea el problema de como definimos cuando algo se mueve respecto al espacio o con el espacio. Si vemos 2 objetos moverse como podríamos diferenciar si se mueven porque el espacio se expande o porque se mueven dentro del espacio. No sería equivalente? Es más, ¿no sería también equivalente considerar que son los objetos que pueblan el universo los que están encogiendo, en lugar de ser el espacio entre ellos el que se expande? ¿como podemos diferenciar, el movimiento entre objetos de la expansion del espacio que los separa, o de la reducción de tamaño de esos objetos?

Y quizás la clave para poder entender todo esto, ¿Qué es el espacio? De que hablamos cuando decimos espacio. No podemos decir que dos objetos no se mueven sino que es el espacio el que se expande sin definir lo que es el espacio. ¿para que el espacio se expanda no hace falta otro espacio dentro del cual el primero se expanda?, de la misma forma que para que las particulas de un gas se expandan hace falta la existencia previa de un espacio.

pablo nastevichpablo nastevich

A mi entender el universo se expande pues esta perdiendo masa constantemente desde millones de años y bien saben que la formula de
Newton se cumple en bajas velocidades con respecto a la de la luz
A menor masa menor atraccion y una ves iniciado el proceso de alejamiento
la distancia aumenta y el efecto tambien puesto que divide al cuadrado
la fuerza de atraccion.
Todas las estrellas pierden masa que se transforma en energia y por lo
que entiendo la energia no se transforma en masa en el universo
Tanto en la fusion o la ficion nuclear se pierde masa y se libera enerqia
La energia en forma de radiacion no genera campos gravitacionales y
por tanto atraccion alguna.
Olvidando por un minuto el famoso big bang e imaginando nuestro
universo comensando en este instante con las galaxias en su posicion
actual y en reposo con respecto a los puntos de referencia que todas
ellas constituirian entre si en ese instante de tiempo 0 puedo especular
que mas alla de algunas coliciones ellas se alejarian entre si lo que no
seria una expancion del universo sino un alejamiento de masas gravitacionales.
Por supuesto que esto no explica el origen del universo ni cuestiona
la teoria de la relatividad una de cuyas conclusiones es tan real
como la precencia de estrellas en el firmamento (e mc2 fusion)
Pero creo que Albert fue mal interpretado.
GRACIAS POR EL ESPACIO
Pablo.

CricanteCricante

Siendo la v s/t, ya se mueva el objeto, ya se expanda el espacio, el efecto, en cuanto al doppler, es el mismo. No veo el defecto de la explicación usual del corrimiento al rojo por el doppler, si es que he entendido bien.

Manu Arregi Biziola

El problema, Cricante, es que todas las galaxias parecen estar alejándose de nosotros. ¿Somos por tanto el centro del Universo? Evidentemente no. La expansión del espacio, con la ayuda del ejemplo del globo, lo explica. No hay lugares privilegiados en el universo. Desde cualquier punto tendríamos la misma sensación

CricanteCricante

Siguiendo con la misma imagen del globo, puede decirse que todo punto es centro del universo. Desde la superación del aristotellismo en la cosmología, no tiene sentido plantearse los lugares naturales; pero entonces no cabe tampoco decir que no somos (estamos en) el centro del universo, porque no hay centro. Pero decir que no hay centro es tanto como decir que puede “tomarse” cualquier punto como centro, en el sentido de la relatividad galileana, y en este sentido lo “natural” es considernos a nosotros como centro, y el argumento de que todas las galaxias parecen alejarse de nosotros además salva las apariencias del argumento. Una apariencia que se daría desde todo punto de la superficie de ese globo supuesto al que tanto se recurre.

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Información Bitacoras.com…

Valora en Bitacoras.com: En el mundo de la divulgación astronómica, es habitual explicar el corrimiento al rojo que medimos en la luz de las galaxias en base al efecto Doppler. Es una idea que todos hemos escuchado e incluso utilizado alguna vez. Per…..

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