Universo en expansión

Question

Si sabemos que el Universo se expande en cualquier dirección que miremos, ¿no podemos estimar razonablemente dónde está el "centro" del Universo?

¿La velocidad de expansión en todas las direcciones es la misma?

Answer 1

La velocidad a la que una galaxia se aleja de ti es mayor cuanto más lejos está ya la galaxia. Esto es lo más coherente con un universo en expansión.

La siguiente imagen mental me resulta útil: Imagina un globo con muchos puntitos pintados. Si se infla el globo, todos los puntos se alejan de los demás. ¿Dónde estaría el "centro"? En casi todas partes.

Answer 2

Wikipedia presenta amablemente cuatro modelos que puedes utilizar para visualizar la expansión del universo. Todos ellos pretenden explicar por qué pensamos que el universo se expande y, sin embargo, pensamos que no existe un centro. Todo † se aleja de todo lo demás, con velocidad de expansión proporcional a la distancia.

1. En el "modelo de la hormiga en una cuerda de goma" se imagina una hormiga (idealizada como puntiforme) que se arrastra a velocidad constante por una cuerda perfectamente elástica que se estira constantemente. Si estiramos la cuerda de acuerdo con el factor de escala del MDL y pensamos en la velocidad de la hormiga como la velocidad de la luz, entonces esta analogía es numéricamente exacta: la posición de la hormiga a lo largo del tiempo coincidirá con la trayectoria de la línea roja en el diagrama de incrustación anterior.
2. En el "modelo de la lámina de caucho" se sustituye la cuerda por una lámina plana de caucho bidimensional que se expande uniformemente en todas direcciones. La adición de una segunda dimensión espacial plantea la posibilidad de mostrar perturbaciones locales de la geometría espacial por la curvatura local de la lámina.
3. En el "modelo del globo", la lámina plana se sustituye por un globo esférico que se infla a partir de un tamaño inicial cero (que representa el big bang). Un globo tiene curvatura gaussiana positiva mientras que las observaciones sugieren que el universo real es espacialmente plano, pero esta incoherencia puede eliminarse haciendo el globo muy grande para que sea localmente plano dentro de los límites de la observación. Esta analogía es potencialmente confusa, ya que sugiere erróneamente que el big bang tuvo lugar en el centro del globo. De hecho, los puntos fuera de la superficie del globo no tienen ningún significado, aunque estuvieran ocupados por el globo en un momento anterior.
4. En el "modelo del pan con pasas" se imagina una hogaza de pan con pasas expandiéndose en el horno. El pan (el espacio) se expande en su conjunto, pero las pasas (objetos ligados gravitatoriamente) no se expanden, sino que se alejan unas de otras.

- fuente

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Los objetos ligados, en particular las galaxias, se mantienen unidos por fuerzas como la gravitación y, por tanto, no se expanden internamente.

Answer 3

Creo que en su pregunta hay dos cuestiones diferentes. O tal vez sea mejor decir que antes de formular tu pregunta, habría que plantearse otra.

Su pregunta: ¿Podemos estimar dónde está el centro del universo?

También pregunta por el ritmo de expansión, pero creo que primero hay que responder a la pregunta anterior.

Y tal vez su pregunta implica esta pregunta. Pero creo que es más fácil separar las dos y preguntar primero:

¿Existe un centro del universo?

Según la primera línea de esta entrada de Wikipedia: https://en.m.wikipedia.org/wiki/History_of_the_center_of_the_Universe

"El centro del Universo es un concepto que carece de una definición coherente en la astronomía moderna; según las teorías cosmológicas estándar sobre la forma del Universo, éste no tiene centro".

Así que las teorías actuales son que no tiene centro. Y el artículo es un buen resumen de la historia de las teorías de que la tierra es el centro, el sol es el centro, nuestra galaxia la vía láctea es el centro, etc.

Así pues, las "teorías" actuales son que no hay centro. Y puesto que todas ellas siguen siendo actualmente teorías, sin pruebas científicas completas, la respuesta realmente es: "No lo sabemos".

Y está ampliamente aceptado que ni siquiera podemos ver todo el universo porque se cree que pasado cierto punto (en todas direcciones) el universo se expande hacia fuera (desde el punto de referencia terrestre) más rápido que la velocidad de la luz, por lo que nuestra visión del universo está limitada por la velocidad de la luz. Así pues, tal vez no podamos ver un centro que posiblemente exista más allá de nuestro universo observable. Pero las teorías actuales son que no hay centro.

Ahora bien, se ha observado que la velocidad de expansión en todas direcciones es la misma en todas direcciones, lo que podría parecer que apoya la teoría de que la Tierra es el centro del universo. Pero se cree que usted vería la misma tasa de expansión a su alrededor desde cualquier punto dentro del universo, lo que conduce a la teoría de que el espacio en sí se está expandiendo, no las distancias reales entre las galaxias.

Me gusta cómo se describe aquí.

http://math.ucr.edu/home/baez/physics/Relativity/GR/centre.html

El big bang fue un,

"explosión del espacio, no una explosión en el espacio...

..., nuestra visión del universo está limitada por la velocidad de la luz y el tiempo finito transcurrido desde el Big Bang. La parte observable es muy grande, pero probablemente es muy pequeña en comparación con todo el universo, que incluso puede ser infinito. No tenemos forma de saber cuál es la forma del universo más allá del horizonte observable, ni de saber si el principio cosmológico tiene alguna validez en las mayores escalas de distancia posibles.

Si el Big Bang fuera una explosión ordinaria en un espacio ya existente, podríamos asomarnos y ver el borde en expansión de la explosión con espacio vacío más allá. En cambio, vemos hacia atrás, hacia el propio Big Bang, y detectamos un tenue resplandor de fondo procedente de los gases calientes primordiales del universo primitivo. Esta "radiación cósmica de fondo de microondas" es uniforme en todas las direcciones. Esto nos dice que no es la materia la que se expande hacia el exterior desde un punto, sino que es el propio espacio el que se expande uniformemente.

Es importante subrayar que otras observaciones apoyan la opinión de que no existe un centro del universo, al menos hasta donde llegan las observaciones. El hecho de que el universo se expanda de manera uniforme no excluiría la posibilidad de que existiera algún lugar más denso y caliente que pudiera llamarse centro, pero estudios minuciosos de la distribución y el movimiento de las galaxias confirman que es homogéneo en las escalas más grandes que podemos ver, sin indicios de un punto especial al que llamar centro...

Si todo el universo resultara tener un centro en alguna escala más allá del universo observable, dicho centro podría resultar ser sólo uno de muchos "centros" en escalas mucho mayores, al igual que antes el centro de nuestra galaxia.

En otras palabras, aunque los modelos estándar del Big Bang describen un universo en expansión sin centro, y esto es coherente con todas las observaciones, sigue existiendo la posibilidad de que estos modelos no sean precisos a escalas mayores de las que podemos observar. Seguimos sin tener una respuesta real a la pregunta "¿Dónde está el centro del universo?".

Answer 4

No podemos localizar el centro del universo porque no existe. Cada parte del universo fue parte del big bang y hay numerosos duplicados en Physics SE que abordan este tema. p.ej.
¿Cuál es nuestra posición respecto al Big Bang?

¿Tiene el universo un centro?

¿Se puede calcular la coordenada del punto del big bang a través del universo observado o es imposible?

¿El Big Bang ocurrió en un punto?

¿La velocidad de expansión en todas las direcciones es la misma?

En esencia, se pregunta si el universo es isótropo. La mayoría de los modelos cosmológicos suponen que a grandes escalas ( $>100$ Mpc), que esto es cierto.

Desde el punto de vista observacional, lo es -con un grado de precisión muy elevado- una vez que se elimina el movimiento de la Galaxia con respecto al marco de reposo del fondo cósmico de microondas. Sin embargo, hay resultados recientes muy interesantes y controvertidos que sugieren que el ritmo de expansión, y en particular la aceleración del ritmo de expansión, muestran algunas anisotropías (p. ej. Feindt et al. 2013; Colin et al. 2019 ) que puede deberse simplemente a que gran parte de nuestra parte local del universo forma parte de algún flujo masivo (u otra cosa).