Efecto Doppler y la Evolución del Universo: Expansión, Big Chill, Big Crunch y Big Rip

Efecto Doppler y su Aplicación en la Cosmología

El efecto Doppler describe cómo cambia la frecuencia percibida de una onda cuando la fuente emisora o el receptor se encuentran en movimiento relativo. Este fenómeno es observable tanto en ondas sonoras como en ondas electromagnéticas, incluida la luz. En cosmología, el efecto Doppler es fundamental para comprender la expansión del universo.

¿Cómo varía la longitud de onda en el efecto Doppler?

El físico alemán Christian Doppler descubrió en 1842 que cuando una onda es emitida por un objeto en movimiento, la longitud de onda percibida por un observador es diferente a la emitida por el objeto. Específicamente:

• Si el objeto emisor se aleja del observador, la longitud de onda percibida es mayor (la frecuencia es menor).
• Si el objeto emisor se acerca al observador, la longitud de onda percibida es menor (la frecuencia es mayor).

Este principio se aplica a la luz proveniente de las galaxias. Cuando observamos que la luz de una galaxia se desplaza hacia el rojo (longitudes de onda más largas), inferimos que la galaxia se está alejando de nosotros. Este fenómeno es una de las principales evidencias de la expansión del universo.

Formación del Sistema Solar

La formación del sistema solar se explica a través de la hipótesis nebular. Según esta teoría, una enorme nebulosa inicial de polvo y gas comenzó a contraerse bajo su propia gravedad. Esta contracción dio lugar a la formación de una gran masa central y un disco giratorio alrededor de ella.

Etapas de la Formación del Sistema Solar

1. Contracción de la nebulosa: La nebulosa inicial se contrajo, aumentando su densidad y temperatura en el centro.
2. Formación del protosol: En la masa central, la colisión de partículas liberó una gran cantidad de calor. Esto inició la fusión nuclear del hidrógeno, marcando el nacimiento del protosol (el precursor del Sol).
3. Formación de planetesimales: Las partículas de polvo y gas en el disco giratorio se agruparon, formando gránulos. Las colisiones y fusiones de estos gránulos originaron cuerpos más grandes, denominados planetesimales.
4. Formación de protoplanetas: Las colisiones y la unión de los planetesimales dieron lugar a los protoplanetas.
5. Formación de planetas: Finalmente, cada protoplaneta fue despejando su órbita de planetesimales, evolucionando hasta convertirse en los planetas que conocemos hoy en día.

Posibles Destinos del Universo: Big Chill, Big Crunch y Big Rip

El destino final del universo depende de la cantidad de materia y energía que contiene, así como de la fuerza de la gravedad y la posible existencia de energía oscura.

Big Chill (Muerte Térmica)

En un universo abierto, donde la cantidad de materia-energía es insuficiente para alcanzar la densidad crítica, la fuerza de la gravedad no puede frenar la expansión. En este escenario, el espacio se expandiría indefinidamente, aunque a un ritmo cada vez más lento debido a la gravedad. Este escenario se conoce como Big Chill o muerte térmica del universo.

Big Crunch

En un universo cerrado, la cantidad de materia-energía supera la densidad crítica. Esto genera una atracción gravitatoria tan fuerte que eventualmente frenaría la expansión y comenzaría un proceso inverso: la gran contracción. El universo colapsaría hasta alcanzar un punto de singularidad inicial, un escenario conocido como Big Crunch.

Big Rip

En un universo con una densidad cercana a la crítica, pero donde la fuerza repulsiva de una energía oscura en aumento supera a la fuerza de la gravedad, se produciría una expansión acelerada. En un instante determinado, el universo se desgarraría, destruyendo todo lo que conocemos. Este escenario se denomina Big Rip.