Origen del universo – Cap 2: La geometría del universo

La teoría del Big Bang establece distintos modelos posibles de universos. Todos ellos, en expansión. Los distintos modelos difieren entre sí, en lo que los cosmólogos llaman, geometría del universo. 

Existen básicamente 3 geometrías posibles: con curvatura positiva, con curvatura negativa o con curvatura plana. La geometría del universo está definida por la densidad de materia y energía del mismo. Si la densidad de materia y energía del universo es superior a un valor llamado “densidad crítica”, la curvatura es positiva y al universo se lo denomina “universo cerrado”. Si la densidad de materia y energía del universo es inferior a la densidad crítica, la curvatura es negativa y al universo se lo denomina “universo abierto”. Finalmente, si la densidad de materia y energía es igual a la densidad crítica, la curvatura es plana y al universo se lo denomina “universo plano”. El valor de la densidad crítica es de alrededor de 1E-29 g/cm3. 

Un universo cerrado (curvatura positiva) contiene materia y energía suficiente para revertir la actual etapa de expansión. Se expandiría hasta un valor máximo y luego comenzaría una etapa de contracción hasta revertir completamente el proceso, como una película pasada en sentido inverso. El universo colapsaría sobre si mismo en un Big Crunch, la antítesis del Big Bang.

En un universo abierto (curvatura negativa), la cantidad de materia y energía no es suficiente para revertir la actual etapa de expansión, por lo que el universo continuaría expandiéndose por siempre.

Un universo plano (curvatura plana), posee una cantidad de materia y energía muy próxima a la crítica. El proceso de expansión, al igual que en el caso de un universo abierto, no podría revertirse.

Durante muchos años, los cálculos realizados por los astrónomos estimaban una cantidad de materia visible muy por debajo de la crítica, del orden del 5%. Luego, se descubrió que existe otro tipo de materia que no puede ser vista directamente a la que se la llamó “materia oscura”. Sumando ambas, se estableció que la totalidad de la materia contenida en el universo contribuye con aproximadamente un 30% del valor de la densidad crítica. 

A finales de los 90s, se descubrió que el universo, no solo se está expandiendo sino que además, esta expansión se está acelerando. Esta aceleración solo puede ser explicada con la existencia de un tipo de energía que se encontraría uniformemente distribuida en todo el universo y que no estaba siendo considerada en los cálculos hasta entonces. Esta energía, que se la denominó “energía oscura”, se parece bastante a la energía del vacío postulada por la constante cosmológica de Einstein. Sin embargo, mientras la constante cosmológica (como bien dice su nombre) es un valor fijo e invariable, los cosmólogos no están seguros de que el valor de la energía oscura, sea invariable a medida que el universo evoluciona. (Recientes descubrimientos de febrero de 2019) que aún deben verificarse, estarían indicando que la densidad de energía oscura era inferior en el pasado.

Actualmente la mayoría de los cosmólogos se inclinan a pensar que la energía oscura representa alrededor del 70% de la densidad del universo y que sumada a la materia, haría que la densidad del universo sea muy próxima a la densidad crítica.

En diciembre de 2012, la sonda espacial WMAP midió la geometría del universo a gran escala, analizando la radiación de fondo de microondas y los resultados fueron una confirmación de que la geometría del universo observable es plana con un margen de error de sólo 0,4%. La composición del universo según WMAP sería: 5% de materia visible, 23% de materia oscura y 72 % de energía oscura.

En diciembre de 2013 la sonda espacial Plank confirmó la planitud de la geometría del universo observable y arrojó los siguientes resultados acerca de la composición del universo: 5% de materia visible, 27% de materia oscura y 68% de energía oscura. La densidad crítica del universo sería de 0.85E-29 g/cm3

Esta medición es la última y más precisa que disponemos y prácticamente no dejan lugar a dudas de que el universo observable tendría la geometría más simple que podamos imaginar: plana.

Sin embargo, es importante destacar que todas las mediciones y los análisis se basan en el universo “observable”. Si el universo observable es solo una minúscula fracción de la totalidad del universo, como la mayoría de los científicos creen, las conclusiones respecto al destino del mismo podrían ser bien distintas.