Universo en Expansión
El universo en expansión es la observación de que el espacio mismo se está estirando, llevando consigo a las galaxias, con las galaxias más distantes alejándose más rápido.
Definition
El universo se está agrandando: el espacio entre galaxias se está estirando, así que las galaxias distantes se alejan de nosotros, y cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. Edwin Hubble descubrió en 1929 que la velocidad de alejamiento de una galaxia es proporcional a su distancia, relación hoy llamada ley de Hubble, y esta expansión es la principal evidencia del Big Bang. Formalmente, la expansión es el crecimiento del factor de escala $a(t)$ en la métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker, que multiplica todas las distancias cosmológicas, con la tasa actual dada por la constante de Hubble $H_0 \approx 70\ \text{km/s/Mpc}$ y velocidad de recesión $v = H_0 d$. Observaciones de supernovas Tipo Ia en 1998 mostraron que la expansión se está acelerando, un efecto atribuido a la energía oscura.
Example
Las pasas en una masa de pan que se hincha se alejan todas entre sí a medida que la masa se expande, sin que ninguna pasa esté en el centro; las galaxias se comportan como las pasas y el espacio como la masa. Una galaxia a $100$ millones de años luz se aleja a unos $2{,}000\ \text{km/s}$, y una al doble de esa distancia a unos $4{,}000\ \text{km/s}$. Con $H_0 \approx 70\ \text{km/s/Mpc}$, una galaxia a $50\ \text{Mpc}$ se aleja a unos $3{,}500\ \text{km/s}$, dando un corrimiento al rojo $z \approx v/c \approx 0.012$, así que una línea espectral emitida a $500\ \text{nm}$ llega cerca de $506\ \text{nm}$.
Key Insight
Las galaxias no vuelan a través del espacio alejándose de nosotros; es el espacio mismo el que se estira y las arrastra, y cada galaxia ve el mismo patrón de todo lo demás alejándose, así que ninguna galaxia es el centro. La expansión no estira los sistemas ligados por gravedad. La Vía Láctea, el sistema solar y los átomos se mantienen unidos por fuerzas que superan la expansión, y solo los espacios entre cúmulos de galaxias crecen.