El Cosmos es por lo menos 250 veces más grande que el universo visible

Cuando miramos hacia el Universo, las cosas que podemos ver deben estar lo suficientemente cerca para que su luz nos llegue desde que el Universo comenzó. El universo tiene aproximadamente 14 mil millones de años de edad, por lo que a primera vista es fácil pensar que no podemos ver las cosas que están más allá de 14 mil millones de años luz de distancia.

Eso no es del todo correcto, sin embargo. Debido a que el Universo se está expandiendo, las cosas visibles más distantes se encuentran mucho más lejos que eso. De hecho, los fotones del fondo cósmico de microondas han viajado unos 45 mil millones años luz para llegar aquí. Eso hace el universo visible de unos 90 mil millones de años luz de diámetro.

Imagen que explica la diferencia sobre el dato de la edad del universo (13.7×10¹⁰ años luz) en comparación a la estimación sobre el radio actual del universo (46.5×10¹⁰ años luz).  Para saber más buscar "Distancia comóvil".

Eso es grande, pero el universo es casi seguro que mucho más grande. La pregunta que muchos cosmólogos se han hecho es ¿cuánto mucho más grande?. Hoy tenemos la respuesta gracias a un interesante análisis estadístico por Mihran Vardanyan en la Universidad de Oxford y otros compañeros compañeros.

Obviamente, no puede medir directamente el tamaño del universo, pero los cosmólogos tienen varios modelos que sugieren qué tan grande debe ser. Por ejemplo, una línea de pensamiento es que si el universo se expandió a la velocidad de la luz durante la inflación, entonces debería ser de 10 ^ 23 veces más grande que el universo visible.

Otras estimaciones dependen de una serie de factores y, en particular en la curvatura del Universo: si está cerrado, como una esfera, plano o abierto. En los dos últimos casos, el Universo debe ser infinito.

Si podemos medir la curvatura del Universo, a continuación, podemos poner límites a lo grande que debe ser.

Resulta que en los últimos años, los astrónomos tienen varias formas ingeniosas de medir la curvatura del Universo. Uno es la búsqueda de un objeto distante de tamaño conocido y medir qué tan grande lo que parece. Si es mayor de lo que debería ser, el universo es cerrado, si es del tamaño adecuado, el universo es plano y si es más pequeño, el Universo es abierto.

Los astrónomos saben de un tipo de objeto que encaja a la perfección: las ondas en el Universo primitivo que fueron congelándose en el fondo cósmico de microondas. Se puede medir el tamaño de estas ondas, llamadas oscilaciones acústicas bariónicas, utilizando observatorios espaciales como la WMAP.

También hay otros indicadores, tales como la luminosidad de las supernovas tipo 1A en galaxias distantes.

Pero cuando los cosmólogos examinar todos estos datos, encontramos que los diferentes modelos del Universo dan respuestas diferentes a la cuestión de su curvatura y el tamaño. ¿Cuál elegir?

El avance que Vardanyan y sus amigos han hecho es encontrar una manera de promediar los resultados de todos los datos en la forma más sencilla posible. La técnica que uso se llama Promedio Bayesiano de Modelos, y es mucho más sofisticado que el ajuste de la curva normal que los científicos utilizan a menudo para explicar sus datos.

Una analogía útil es con los primeros modelos del Sistema Solar. Con la Tierra en el centro del Sistema Solar, poco a poco se convirtió en más y más difícil ajustar los datos de observación para este modelo. Sin embargo, los astrónomos encontraron la manera de hacerlo mediante la introducción de sistemas cada vez más complejos, el modelo de ”las ruedas dentro de ruedas” del sistema solar.

Ahora sabemos que este enfoque era totalmente erróneo. Una preocupación para los cosmólogos es que un proceso similar está ocurriendo ahora con los modelos del Universo.

El Promedio Bayesiano de Modelos nos protege automáticamente contra esto. En lugar de preguntar qué tan bien el modelo se ajusta a los datos, se formula una pregunta diferente: dados los datos, ¿qué tan probable es que el modelo sea correcto?. Este enfoque es automáticamente sesgado en contra de modelos complejos, es una especie de navaja de Occam estadística.

En su aplicación a diversos modelos cosmológicos del universo, Vardanyan y sus colegas son capaces de imponer restricciones importantes sobre la curvatura y el tamaño del Universo. De hecho, resulta que sus limitaciones son mucho más estrictas que con otros métodos.

Dicen que la curvatura del Universo está estrechamente limitada en torno a 0. En otras palabras, el modelo más probable es que el Universo es plano. El Universo también sería infinito y sus cálculos son coherentes con esto también. Estos muestran que el Universo es de al menos 250 veces más grande que el volumen de Hubble. (El volumen de Hubble es similar al tamaño del universo observable.)

Eso es grande, pero en realidad más bien limitado que con otros muchos modelos.

El hecho de que se trate de un método estadístico tan elegante significa que este trabajo es probable que tenga un gran atractivo. Si es así, bien puede terminar siendo usado para ajustar otras áreas de restricción de la cosmología también.


Ref: arxiv.org/abs/1101.5476: Applications Of Bayesian Model Averaging To The Curvature And Size Of The Universe