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LAS ESTRELLAS DE LA MUERTE

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En el universo existen verdaderas estrellas de la muerte. No estamos aludiendo a objetos con un gran parecido a la famosa estación espacial ficticia de la saga cinematográfica Star Wars, como son los satélites de Saturno Mimas y Japeto, nos estamos refiriendo a verdaderas estrellas apocalípticas capaces de destruir con un “jet” de rayos gamma la vida existente de cualquier planeta.

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Las estrellas supermasivas finalizan su vida de forma extremadamente violenta y luminosa en una explosión conocida como supernova. En algunas de estas estrellas , la materia se aplana de tal forma que se crea una especie de disco de material estelar. Los ejes de la estrella se convierten entonces en la única salida de escape, originando un «jet» sumamente potente conocido como estallidos de rayos gamma (GRB). La energía liberada en este evento es tan grande que supera a la energía producida por nuestro Sol en toda su vida, unos 10.000 millones de años y liberada en tan sólo una pequeña fracción de tiempo.

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Uno de los factores determinantes para establecer la distancia de seguridad es el ángulo de dispersión del chorro generado. Con un ángulo pequeño el alcance del chorro es mucho mayor y sus efectos destructivos tendrán consecuencias a distancias más importantes, no obstante, la posibilidad de estar en la “línea de fuego” disminuye considerablemente. Por ejemplo en un ángulo del GRB de 25º la distancia de seguridad para el “jet” de rayos gamma será menor que si la apertura de dicho ángulo es de solo es de 2º. En cambio el área afectada será mayor en el primer caso que en el segundo.
Algunos astrónomos estiman que la distancia de seguridad para este energético evento ronda los 6000 años luz, en cambio otros estudios amplían la distancia de seguridad a 8000 años luz.

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En el Universo se han detectado GRBs tan potentes que pondrían destruir la vida de cualquier planeta que se encontrara en el punto de mira del “jet” de rayos gamma. Una de ellas fue descubierta el 19 de marzo de 2008. Se trataba de un GRB en el rango del espectro visible al que denominaron como GRB 080319B . Fue detectado a simple vista pese a encontrarse a la increíble distancia de 7.500 millones de años. El chorro de radiación estaba compuesto por dos conos, uno de radiación muy intensa de apenas 0,4º de amplitud, y otro, de menor potencia, con una amplitud de 8º  que apuntaron directamente hacia la Tierra, lo que explica la intensidad con la que fue detectada. Afortunadamente para nosotros la distancia era tan grande que solo representó un afortunado espectáculo para los astrónomos.

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En nuestra Galaxia existen estrellas potencialmente apocalípticas situadas tan lejos que la luz que recibimos actualmente de ellas corresponde a una época donde no existían las  civilizaciones. Una de ellas es la estrella WR104 descubierta en 1998 y situada a 8.000 años luz de distancia. Esta estrella ha causado cierta polémica debido a la ubicación de sus ejes respecto a la Tierra. Al ser una estrella supermasiva, concluirá su vida de forma extremadamente violenta y es probable que experimente una explosión cósmica que generará emisiones de rayos gamma. Si la estrella WR104 explota originando un “jet” de rayos gamma con dirección a la Tierra, su luz competirá en brillo en nuestro cielo con la de nuestro Sol. Posteriormente, un increíble chorro de radiación extremadamente energético chocaría con la Tierra, destruyendo casi por completo nuestra capa de ozono. La vida de nuestro planeta quedaría en ese moment totalmente expuesta a la radiación ultravioleta, causando una potencial extinción masiva. Algunos estudios indican que uno de los ejes de la estrella WR104 podría estar apuntando aproximadamente hacia nosotros pero en cambio otros datos espectroscópicos sugieren que su eje de rotación es de 30-40º con respecto a nuestra posición, lo que salvaría a nuestro planeta de un acontecimiento aterrador.


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¿TERMINARÁN LAS ESTRELLAS DEL UNIVERSO ENGULLIDAS POR LOS AGUJEROS NEGROS SUPERMASIVOS DE LAS GALAXIAS?

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La respuesta la encontramos en la Teoría de la Relatividad, pero antes sería conveniente aludir a la gravedad para poder justificar el veredicto de la pregunta planteada.

Para separar dos cuerpos que se encuentran afectados por lo gravedad hace falta aportar energía. En un cuerpo en órbita en torno a otro objeto estacionario podemos encontrar dos tipos de energía.

Una de ellas es la energía potencial gravitatoria. Se le asigna un valor negativo, siendo su valor máximo 0 cuando se encuentra a una distancia infinita del cuerpo central. Esta energía aumenta con la distancia al objeto central.

El otro tipo de energía que encontramos es la energía cinética al encontrarse el cuerpo en movimiento. Esta energía siempre tiene un valor positivo y su valor depende de la masa del cuerpo y de la velocidad con la que comenzó. A mayor masa y velocidad mayor energía cinética.

La energía total de un cuerpo en órbita depende de estos dos tipos de energía. Cuando se realizan los cálculos de estas energías resulta que la energía total del cuerpo en órbita es igual a la mitad de su energía potencial gravitatoria, es decir cuánto más alejado se encuentre el objeto del cuerpo central mayor será su energía total.

Los cuerpos celestes están también afectados por las ondas gravitacionales, esas ondas vaticinadas por Einstein hace más de 100 años y detectadas por el Observatorio LIGO el año pasado. Las ondas gravitatorias emitidas por un cuerpo en órbita también transportan energía que hace que disminuya la energía total del cuerpo. Esto provoca que el objeto se aproxime poco a poco al cuerpo central al perder energía por radiación gravitatoria.

Por lo tanto, las ondas gravitacionales serán las responsables que las estrellas de nuestro universo terminen devoradas por los agujeros negros supermasivos de las galaxias, solo se salvarán aquellas que hayan escapado de las galaxias por interacciones gravitatorias.
No obstante tampoco deberíamos estar asustados, no es algo que vaya a ocurrir a corto plazo. Además cuanto mayor es el radio que separa al objeto con el cuerpo central mayor es el tiempo que tarda en decaer por radiación gravitatoria. Por ejemplo, en el hipotético caso de la Tierra, deberían pasar más de 10.0000 millones de veces la edad actual de nuestro universo para perder toda su energía por radiación gravitatoria por el Sol.

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LA TECNOLOGÍA EN LA BÚSQUEDA DE VIDA EXTRATERRESTRE

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El radiotelescopio chino individual de 500 metros de apertura (FAST, por sus siglas en inglés) es actualmente el mayor telescopio de apertura única del mundo, con un campo de visión casi dos veces más grande que el Arecibo (Puerto Rico) que durante 53 años ha ocupado el primer puesto de la lista. Analizará los púlsares, la distribución de las galaxias en el universo local pero su objetivo más excitante es la búsqueda de vida extraterrestre. FAST puede detectar exoplanetas que otros telescopios no pueden. Su potencial para buscar vida extraterrestre es de 5 a 10 veces superior a la que tenían los equipos anteriores, al tener un mayor alcance y poder observar planetas más oscuros.

En 2020 el radiotelescopio FAST será desbancado como el mayor telescopio del mundo. Este puesto lo ocupará el extraordinario observatorio internacional SKA (Square Kilometre Array) en el que colaboran un centenar de organizaciones. Estará formado por miles de antenas situadas en Australia y Sudáfrica con un millón de metros cuadrados de superficie total, unas cinco veces más que el radiotelescopio FAST. El radiotelescopio SKA sería capaz de detectar el radar de un aeropuerto situado en un planeta a 50 años luz de distancia.

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NUEVA HIPÓTESIS SOBRE LA ENERGÍA OSCURA (Luis Dévora)

LA ENERGÍA OSCURA EN UN TEJIDO ESPACIO TEMPORAL PLÁSTICO

 

Luis Dévora

 

Resumen

 

La teoría de la relatividad cambió nuestra idea de entender el universo, estableció un tejido espacio-temporal continuo y deformable que dependía directamente de la masa de los objetos. La deformación podemos entenderla como un cambio de la forma del tejido espacio-temporal debido a la tensión o fuerza por unidad de área producida por la masa de los cuerpos, pero también podría ser interpretado como un proceso en el que la energía interna del cuerpo acumula energía potencial elástica y por lo tanto con una dependencia de las características intrínsecas del tejido espacio-temporal. A pesar de su importancia, todavía desconocemos muchas de sus propiedades principales. Sin conocer la estructura y las características de ese tejido espacio-temporal afirmamos que la deformación recupera su forma inicial una vez desaparecida la fuerza ejercida por los cuerpos celestes, es decir lo consideramos elástico. Pero la deformación podría ser diferente o incluso podría crear espacio en un tejido espacio-temporal plástico. Este desconocimiento podría llevarnos a interpretaciones inadecuadas y un claro ejemplo podría ser la energía oscura.

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1.    INTRODUCCIÓN

 

2.   EL TEJIDO ESPACIO-TEMPORAL

 

2.1    Problemas sin resolver del tejido espacio-temporal

 

2.2   Tipos de tejido espacio-temporal

 

3.  HIPÓTESIS DE LA ENERGÍA OSCURA       EN UN TEJIDO ESPACIO-TIEMPO              PLÁSTICO

 

 3.1    Características de la energía oscura

 

3.2   Factores determinantes en la creación de espacio en un            tejido espacio-temporal plástico

 

 3.3   Límite de expansión acelerada McG

 

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1. INTRODUCCIÓN

 

La teoría de la relatividad cambió nuestra idea de entender el universo. En esta teoría el tiempo no estaba separado de las tres dimensiones espaciales, estableciendo con ello un tejido continuo espacio-temporal donde se desarrollan todos los eventos físicos del Universo. La teoría de la relatividad general  describe, en forma de ecuación, cómo la distribución de materia y energía determina la geometría del espacio-tiempo. En palabras del gran John A. Wheeler, “la ecuación de Einstein señala que la materia le dice al espacio-tiempo cómo debe curvarse y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse”. La forma moderna de escribir esta ecuación es:

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Gμν  Tensor de curvatura de Einstein.

R       Escalar de curvatura de Ricci.

Rμν   Tensor de curvatura de Ricci.

Λ        Constante cosmológica.

G        Constante de la gravitación universal.

c         Velocidad de la luz.

π        Número π.

Tμν    Tensor momento-energía.

El espacio-tiempo no es una entidad absoluta e inmóvil sino que se convierte en una estructura dinámica. Para entender este concepto se suele utilizar la analogía de la malla elástica. Los objetos con gran masa deforman esa malla en forma de depresión. Si hacemos rodar bolas ligeras sobre la malla, podremos observar cómo sus trayectorias son desviadas al interaccionar con la zona hundida de una bola más pesada. Siguiendo con esta analogía, el tejido espacio-temporal planteado por Einstein sería esa malla, la pelota grande sería un objeto estelar con gran masa, como las estrellas, y las pelotas pequeñas representarían a los objetos con menor masa, como los planetas.

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Dentro del contexto de la teoría de la relatividad la curvatura del espacio-tiempo viene dada por el tensor de curvatura de Einstein. En todo punto del espacio-tiempo existe un observador de tal forma que en ese punto existe un tensor métrico definido con diferentes componentes. Si existe un campo gravitatorio, el tensor es diferente de un punto a otro y tendrá como tensor de curvatura asociado a la métrica un valor que no será nulo. Esta deformación se puede definir como el cambio de longitud por unidad de longitud, donde tenemos una la longitud inicial de la zona en estudio y una longitud final o deformada. Podemos entenderlo como un cambio del tamaño o forma del tejido espacio-temporal debido a la tensión o fuerza por unidad de área producida por la masa de los cuerpos. Pero a pesar de desconocer la estructura y características de ese tejido espacio-temporal afirmamos que la deformación recupera su forma inicial una vez desaparecida la fuerza ejercida por los cuerpos celestes, damos por probado que se trata de una deformación elástica. Pero esta deformación podría ser diferente, e incluso podría crear espacio.

 

2. EL TEJIDO ESPACIO TEMPORAL

 

2.1  Problemas sin resolver del tejido espacio-temporal 

 

  • Entendiendo el espacio-tiempo de n = 4 dimensiones, las ecuaciones de la relatividad para un campo gravitatorio descrito por el tensor de Ricci no determinan completamente el tensor de curvatura. Si utilizamos el tensor de Weyl el efecto sobre la materia es distorsionante en lugar de reductora de volumen y diverge hacia el infinito en las singularidades de los agujeros negros. Desde el punto de vista matemático  entraña algunos problemas,  pues si consideramos los puntos en que el tensor métrico no está definido, estamos hablando de puntos que no pertenecen al espacio-tiempo.

 

  • La geometría del espacio-tiempo en la relatividad es dinámica, con un potencial de infinitas posibilidades que necesitan infinitas variables.

 

  • Se desconoce las características y la estructura microscópica del tejido espacio-tiempo, necesario para conocer qué tipo de deformación son posibles.

 

  • Dificultad de observación de cualquier efecto asociado a la gravedad cuántica y la necesidad de una teoría cuántica de la geometría.

 

  • Encontramos ciertas violaciones de conservación de energía en algunos enfoques de la gravedad cuántica.

 

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2.2  Tipos de tejido espacio-temporal

 

Podríamos encontrar 2 tipos de tejido espacio-temporal.

Elástica:

La deformación  del tejido espacio- temporal depende proporcionalmente de la masa del objeto. Una vez que desaparece la tensión del cuerpo, el tejido espacio-temporal vuelve a su forma original y no queda deformado. Esta es la idea actual que tenemos del tejido espacio-tiempo de nuestro universo. En este caso podemos encontrar además dos alternativas diferentes a la establecida. La primera que exista un límite de elasticidad del tejido espacio temporal y una vez se supere cierto punto no pueda tener más deformación. La otra alternativa es que una vez pasado cierto límite, la deformación no sea lineal  y por lo tanto la deformación producida sea menor que la producida antes de superar ese límite.

 

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Plástica

Entendemos como plástica aquella que al retirar tensión de un cuerpo queda una deformación remanente. En el tejido espacio-temporal plástico, cuando la tensión aplicada es mayor que el límite elástico, al retirar la tensión provocada por los cuerpos celestes con gran masa, queda como remanente una deformación en el tejido espacio-temporal. A este tipo de deformación que no desaparece al retirar la tensión podríamos llamarla deformación plástica. Por lo tanto a partir de ciertos valores la deformación puede producir transformaciones de ese tejido que deja como remanente la creación de nuevo tejido espacio-tiempo. Un ejemplo ilustrativo sería entender ese tejido espacio-temporal como si fuera un film transparente parecido al que utilizamos para envolver los alimentos. Si estiramos en ese film y colocamos una bola muy pesada su estructura se deformará, como pasaba con el ejemplo anterior de la malla elástica. La diferencia radica en que en la malla una vez desaparecida la tensión ejercida por la bola, la malla recuperaba su forma inicial, pero en el film ocasiona una deformación remanente. En este caso el tamaño del film final será mayor que el tamaño del film inicial utilizado, se habrá creado espacio.

 

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TEJIDO PLASTICO AGUJERO NEGRO DEFINITIVO

 

3  HIPÓTESIS DE LA ENERGÍA OSCURA EN UN TEJIDO ESPACIO-TEMPORAL PLÁSTICO

 

 

3.1  Características de la energía oscura

El universo está formado por un 69 % de energía oscura un 26% de materia oscura y tan solo un 5% de materia ordinaria. Actualmente conocemos menos del 5% de la composición del universo. Conocer que es la energía oscura, nos permitiría comprender casi las ¾ partes de la composición del universo.

La energía oscura es una fuerza hasta ahora desconocida que está provocando que las galaxias se separen unas de otras a un ritmo acelerado. Todas las galaxias lejanas están alejándose aparentemente de la Vía Láctea, mostrando un desplazamiento al rojo en el espectro luminoso. Considerar su existencia es la manera más frecuente de explicar las observaciones recientes de un universo con expansión acelerada. Al igual que en el pasado nos preocupaba saber cómo cambiaba la velocidad del universo, el conocer que es la energía oscura nos permitirá comprender cómo cambia la aceleración.

Se descubrió a finales del siglo pasado por dos equipos de astrónomos independientes analizando supernovas Ia. Según la teoría del Big Bang nuestro Universo se estaba expandiendo; esto fue comprobado por Hubble en los años 20 del siglo pasado al observar que todas las galaxias, excepto algunas próximas a la nuestra, mostraban una desviación hacia el rojo en su espectro de luz. La magnitud de su desviación era directamente proporcional a la distancia en que se encontraban, es decir, cuanto más lejana estaba una galaxia con más velocidad se separa de nosotros, variando su valor con el tiempo. Se pensaba que esta expansión estaba disminuyendo debido al “frenado” que ejercía la gravedad de la materia que contenía nuestro Universo. Pero los científicos descubrieron que nuestro universo se estaba acelerando, la materia no se estaba frenando, sino todo lo contrario, existiendo por tanto una fuerza desconocida que estaba acelerando la expansión, la denominaron energía oscura.

Podemos encontrar varias características de la energía oscura:

  • Es oscura porque no se ve y tampoco se ha detectado con los métodos actuales.
  • La energía oscura no se diluye, cuanto más grande se hace el universo, mas hay.
  • La naturaleza exacta es una incógnita y no se conoce su interacción con ninguna de las fuerzas fundamentales excepto con la gravedad.
  • Curiosamente la densidad de energía oscura es del mismo orden de magnitud que la densidad de materia.
  • Nuevos estudios sugieren que es dinámica, es decir cambia con el tiempo.

Ante la dificultad  que tenemos para comprender que está acelerando el universo se ha propuesto como alternativa una energía de vacío. El problema lo encontramos que al comparar los resultados de los cálculos con el medido en los experimentos el resultado arroja un valor muy superior al observado experimentalmente.

La energía oscura entraña muchos problemas dentro del contexto de la teoría de la relatividad con un tejido espacio-temporal elástico, pero tendría una explicación con un tejido espacio-temporal plástico, donde una deformación remanente crea espacio.

 

3.2  Factores determinantes en la creación de espacio en un tejido espacio-temporal plástico

 

En  un tejido espacio-temporal plástico tenemos dos factores que influyen directamente en la creación de nuevo espacio-tiempo:

 

Los agujeros negros y el propio desplazamiento de estos.

 

Los objetos muy masivos, como los agujeros negros,  pueden provocar transformaciones del tejido espacio-temporal plástico, dejando como remanente la creación de nuevo espacio. Pero no solo la propia masa de los agujeros negros pueden deformar el espacio-tiempo, también el propio desplazamiento que hacen los agujeros negros por el espacio pueden rasgar el tejido espacio-temporal plástico creando también nuevo espacio-tiempo.

El área del nuevo espacio-tiempo creado tendrá una relación directa con el radio de Schwarzschild para agujeros negros de masa estelar e intermedia y con la velocidad de desplazamiento estos agujeros negros. Se establece por lo tanto un límite máximo del área del espacio creado, que nunca podrá superar el radio de Schwarzschild para estos agujeros negros. La extensión exacta del área creada dependerá de las características cuánticas intrínsecas del tejido espacio-temporal plástico. El espacio creado por los  agujeros negros supermasivos tendrán menor relación con el radio de Schwarzschild debido a que la densidad en este tipo de agujeros negros puede ser muy baja, de hecho puede ser menor que la densidad del agua, si su masa es suficientemente grande. Esto ocurre porque el radio de los agujeros negros se incrementa linealmente con la masa, por lo que la densidad decae con el cuadrado de la masa, mientras que el volumen es proporcional al cubo del radio de Schwarzschild.

 

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Ley de Hubble

 

Otro factor importante a tener en cuenta es la ley de Hubble que mide la inercia de la expansión del universo y que permite en un tejido espacio-temporal plástico, “estirar” la deformación remanente producida por los agujeros negros. Este factor es importante porque en cada momento de la historia del universo hay una proporcionalidad entre el corrimiento al rojo y distancia. Esta expansión se produce actualmente a un ritmo determinado, el cual se mide por medio de la constante de Hubble, aunque realmente no es una constante sino un parámetro que varía lentamente con el tiempo. Ignorando los movimientos provocados por la gravedad, una galaxia situada a una distancia de 3,26 millones de años luz se aleja de nosotros a una velocidad aproximada de unos 70 km/s.

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3.3  Límite de expansión acelerada McG

 

En un tejido espacio-temporal plástico existe un valor límite de expansión acelerada que podríamos llamar limite McG (espacio temporal creado-gravedad) que está relacionado con la distancia y el tiempo.

Una vez superado cierto límite, el espacio creado supera a la fuerza de la gravedad, provocando que las distancias de las galaxias aumenten. Ahora mismo se está generando nuevo espacio, en concreto a cada segundo que pasa, un kilómetro se amplía aproximadamente el tamaño de un protón. Puede parecer muy poco pero con el tiempo termina notándose.

Como hemos comentado anteriormente, los agujeros negros y el propio movimiento de estos crean con el tiempo nuevo espacio. Un factor importante para establecer este límite  es el número de agujeros negros existentes en cada una de las galaxias, al ser los responsables de la creación de nuevo espacio. A nivel local, dentro de una misma galaxia, el número de agujeros negros es muy pequeño en comparación con el número total de agujeros negros existentes en el universo. Por lo tanto en las estructuras locales los efectos de la creación de espacio no son perceptibles y no supera a la fuerza de la gravedad. Pero la suma de todos los agujeros negros de cada una de las miles de millones de galaxias existentes en el universo hace que la creación de espacio tenga efectos evidentes, con el tiempo y la distancia.

 

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Las estructuras locales, como los cúmulos de galaxias y supercúmulos al que pertenece la Vía Láctea, están todavía unidas gravitacionalmente porque no han superado todavía este límite. El espacio creado aumenta con en el tiempo y la distancia pero dentro de las estructuras locales, todavía no ha superado la creación de espacio  a la fuerza gravitatoria.

En las estructuras lejanas la cosa cambia. En los cúmulos y supercúmulos lejanos, los agujeros negros existentes en cada una de esas galaxias, también han generado nuevo espacio-tiempo y a esto hay que añadir el creado por los cúmulos y supercúmulos al que pertenece nuestra galaxia y la de otros cúmulos y supercumulos del universo. Por lo tanto a grandes distancias y con un aumento de tiempo, el espacio creado por los agujeros negros supera a la fuerza de la gravedad, provocando una expansión acelerada.

 

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Los datos observacionales concuerdan con el surgimiento de la energía oscura en el universo. En el pasado el límite McG no se había superado. En los primeros millones de años la expansión del universo se frenaba debido a la gravedad, pero hace unos 9000 millones de años el limite McG se sobrepasó para galaxias distantes debido a la creación de espacio por los agujeros negros en un tejido espacio-temporal plástico. Esta expansión acelerada empezó a ser importante hace unos 5000 millones de años. El número de agujeros negros ha ido creciendo con el tiempo y por lo tanto la creación de espacio también ha ido aumentando. En los primeros 5000 millones de años el número de agujeros negros era mucho menor que en la actualidad y la fuerza gravitatoria superaba al espacio creado por los agujeros negros. Con el aumento del número de agujeros negros con el tiempo se incrementó también el de espacio creado, perdiendo el dominio de la gravedad  con la distancia y las galaxias más distantes empezaron a superar el límite McG.

Por lo tanto según aumenta el tiempo, aumenta el espacio creado y el límite McG se encontrará a menores distancias. Se estima que los agujeros negros estelares con menos de 10 masas solares se evaporarán en 1070 años y los agujeros negros supermasivos en 1085 años. El futuro del universo depende del número actual de agujeros negros existentes y de los que quedan por nacer.

Estos datos podrían ser comprobados con un estudio de la formación de estructuras del universo. La expansión del universo afecta al tamaño de las estructuras que se pueden formar. Cartografiando la materia del universo uno tiene la huella de los procesos que han ocurrido a lo largo de la historia. A nivel local se podría comprobar en fusiones de agujeros negros basándose en el análisis de las ondas gravitacionales producidas.

 

 

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