El cosmos es al menos 250 veces más grande que el universo visible

El Universo es mucho mayor de lo que parece, de acuerdo con un estudio de las últimas observaciones.

Miles de galaxias se aglomeran en esta imagen de Herschel del
universo distante. Cada punto en esta imagen es una galaxia
que contiene miles de millones de estrellas. Crédito: ESA

Cuando miramos al Universo, la materia que vemos debe estar lo bastante cerca para que la luz nos haya alcanzado desde que se inició el Universo. El cosmos tiene unos 14.000 millones de años de antigüedad, por lo que a primera vista es fácil pensar que no podemos ver cosas más allá de 14.000 mil millones de años-luz de distancia.

Sin embargo, esto no es del todo cierto. Debido a que el Universo está expandiéndose, las cosas visibles más lejanas están mucho más lejos que eso. De hecho, los fotones del fondo cósmico de microondas han viajado unos 45.000 millones de años-luz para llegar aquí. Esto hace que el universo visible mida unos 90 mil millones de años-luz de diámetro.

Esto es mucho, pero el universo, casi con seguridad, es mucho más grande. La cuestión que muchos cosmólogos han evaluado es qué tan grande. Hoy, tenemos una respuesta gracias a algunos interesantes análisis estadísticos realizados por Mihran Vardanyan de la Universidad de Oxford y un par de colegas.

Obviamente, no podemos medir directamente el tamaño del Universo, pero los cosmólogos tienen varios modelos que sugieren cómo de grande podría ser. Por ejemplo, una de las líneas de pensamiento es que si el Universo se expandió a la velocidad de la luz durante la inflación, debería ser 10²³ veces mayor que el universo visible.

Otras estimaciones dependen de un número de factores y, en particular, de la curvatura del Universo: si es cerrada, como una esfera, plana o abierta. En los últimos dos casos, el Universo debe ser infinito.

Si puedes medir la curvatura del Universo, entonces puedes poner límites a qué tan grande debe ser.

Resulta que, en los últimos años, los astrónomos han desarrollado varias formas de medir la curvatura del Universo. Una de ellas es buscar un objeto distante de tamaño conocido y medir cómo de grande aparece. Si es mayor de lo que debería ser, el Universo es cerrado; si tiene el tamaño correcto, el Universo es plano, y si es menor, el Universo es abierto.

Los astrónomos conocen un tipo de objeto que encaja con la descripción: las ondas de los inicios del Universo que quedaron congeladas en el fondo de microondas cósmico. Pueden medir el tamaño de estas ondas, llamadas oscilaciones acústicas bariónicas, usando observatorios espaciales tales como WMAP.

Hay también otros indicadores, tales como la luminosidad de las supernovas tipo Ia en galaxias distantes.

Pero cuando los cosmólogos examinan todos estos datos, distintos modelos del Universo dan distintas respuestas a la pregunta sobre su tamaño y curvatura. ¿Cuál elegir?

El avance que han realizado Vardanyan y sus colegas es encontrar una forma de promediar los resultados de todos los datos de la forma más simple posible. La técnica que usan es conocida como promedio con modelo bayesiano y es mucho más sofisticada que la curva de ajuste usual que a menudo usan los científicos para explicar sus datos.

Una analogía útil es la de los modelos iniciales del Sistema Solar. Con la Tierra en el centro del Sistema Solar, gradualmente se hizo cada vez más difícil encajar los datos observacionales con este modelo. Pero los astrónomos encontraron formas de hacerlo introduciendo sistemas cada vez más complejos, el modelo del Sistema Solar de ruedas dentro de ruedas.

Ahora sabemos que esta aproximación era completamente errónea. Una preocupación de los cosmólogos es que está llevándose a cabo un proceso similar con los modelos actuales del Universo.

El promedio con modelos bayesianos automáticamente evita esto. En lugar de preguntar cómo de bien se ajusta el modelo a los datos, hace una pregunta distinta: dados los datos, cómo de probable es que el modelo sea correcto. Esta aproximación está automáticamente sesgada en contra de los modelos complejos; es una especie de Navaja de Ockham estadística.

Aplicándolo a varios modelos cosmológicos del Universo, Vardanyan y compañía fueron capaces de colocar importantes restricciones a la curvatura y tamaño del Universo. De hecho, resulta que sus restricciones son mucho más estrictas que las permitidas por otras aproximaciones.

Dicen que la curvatura del Universo está estrechamente restringida alrededor de 0. En otras palabras, el modelo más probale del Universo es que sea plano. Un Universo plano sería también infinito, y sus cálculos también son consistentes con eso. Estos cálculos demuestran que el Universo es, al menos, 250 veces mayor que el volumen de Hubble. (El volumen de Hubble es similar al tamaño del universo observable).

Esto es grande, pero en realidad mucho más restringido que muchos otros modelos.

Y el hecho de que proceda de un método estadístico tan elegante indica que este trabajo probablemente tendrá un gran atractivo. De ser así, puede perfectamente terminar siendo usado para ajustar en detalle y restringir también otras áreas de la cosmología.

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