¿Por qué se habla de la «baja temperatura del espacio»? ¿Cómo puede tener el espacio vacío una temperatura?

El universo es frío. Y no es sólo un poco frío: está a 2.725K, es decir, a unos -270C. Eso es más frío que cualquier cosa en la Tierra (con la excepción del helio líquido) y muy por debajo de cualquier temperatura que podamos alcanzar en cualquier tipo de laboratorio aquí en la Tierra. Sin embargo, lo que hace que esto sea aún más extraño es que el espacio vacío no tiene ninguna fuente de calor: no se le ha añadido nada desde su creación, así que ¿por qué es tan frígido? Hablemos de cómo funciona la temperatura y de cómo podemos medirla en el espacio…

La temperatura se define por el equilibrio térmico y la velocidad de las partículas.

La temperatura del espacio es una medida de la energía cinética media de todas las partículas de un determinado volumen de espacio. La energía cinética se define como 1/2 x masa x velocidad. Como la temperatura se define por el equilibrio térmico y la velocidad de las partículas, puede medirse utilizando el movimiento de las partículas.

La temperatura depende del número de partículas y no de su masa o de cualquier otra propiedad física.

La temperatura del universo es efectivamente de 2,725K.

La temperatura del universo es, en realidad, de 2.725K. No es un número arbitrario que se pueda utilizar para cocinar un filete o asar malvaviscos en el espacio, sino una medida real basada en la cantidad de energía que existe en todo el universo y su contenido medio de energía cinética. Esta medida fue realizada por investigadores de la Universidad de Chicago que utilizaron datos de la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson (WMAP) de la NASA para determinar que la temperatura media del espacio es de unos -270C (-454F).

La razón por la que esta cifra parece tan extraña es porque nuestra forma normal de pensar en la temperatura sólo se aplica a los objetos con masa -como los planetas y las estrellas- que tienen su propia atracción gravitatoria. En teoría, aunque se eliminara toda la materia del propio espacio vacío, aún quedaría algo de calor residual de cuando todo se comprimió durante el Big Bang.

Hay tres razones principales para esta baja temperatura: la expansión, los fotones y la conservación de la energía.

  • El universo se expande y se enfría.
  • Los fotones son la forma más abundante de radiación.
  • La conservación de la energía es una ley fundamental de la física.

El Universo, como puedes imaginar, es bastante grande y contiene mucha materia, incluyendo todos los tipos de radiación. Como es tan grande y está lleno de materia, se expande constantemente desde el Big Bang (que ocurrió hace 13.000 millones de años) hasta hoy, y eso significa que todo lo que hay dentro se aleja de todo lo demás a un ritmo cada vez mayor. A medida que las cosas se alejan unas de otras, se enfrían: pierden energía calorífica por convección o conducción a través del propio espacio; si no hubiera forma de que esta pérdida de calor se produjera, ¡todo acabaría por calentarse más que nunca! Este proceso ocurre de forma natural porque sabemos que nuestro Sol ha estado brillando continuamente desde su formación hace más de 4.000 millones de años, cuando las condiciones eran muy diferentes a las actuales (más calientes).

¿Pero qué pasa con los fotones? Sabemos que estos pequeños componen casi todas las formas de radiación electromagnética que existen (incluidas las ondas de radio), pero ¿por qué no se suman para calentar también el espacio? De hecho, lo hacen. Sólo que no son suficientes por sí mismos, porque no hay suficientes fotones a nuestro alrededor en comparación con el número de estrellas que hay en nuestra galaxia, que constituye sólo una pequeña fracción entre miles de millones de otras en el espacio exterior… además, esas estrellas tampoco producen suficiente luz, ya que la mayoría se han extinguido de todos modos debido a que su propia vida útil ha llegado a su máxima capacidad después de pasar millones y millones de años quemando minerales dentro de sus núcleos durante los procesos de fusión nuclear sin reponer ninguna nueva fuente de combustible, excepto los átomos del viento solar que se acercan cada vez que orbitan alrededor del sol cada pocos cientos de días…

El universo está realmente lleno de radiación de fotones de baja energía, y esto explica -directa o indirectamente- la mayor parte de la radiación en las frecuencias detectables hoy en día.

El universo está realmente lleno de radiación de fotones de baja energía, y esto explica -directa o indirectamente- la mayor parte de la radiación a frecuencias detectables hoy en día. La expansión del espacio significa que los fotones se alejan unos de otros, su energía disminuye a medida que viajan por un espacio cada vez más vacío. Por tanto, los fotones procedentes de regiones muy lejanas ya han perdido gran parte de su energía, lo que los hace visibles en nuestros telescopios porque hay menos cosas alrededor que los absorban. Esto explica por qué vemos esta radiación de fondo en todas las direcciones: ¡viene de todo el cielo!

La expansión también significa que los diferentes puntos del espacio estaban más cerca entre sí cuando emitían esta luz de baja energía, lo que significa que entonces se producía mucha más por unidad de volumen que ahora; de lo contrario, no tendría sentido buscarla hoy (ya que todo habría sido absorbido). En otras palabras: todavía podemos detectar su presencia porque se empleó mucha más energía en producirla que la que se ha quitado desde entonces por las interacciones con la materia, como los granos de polvo.*(Ver nota a pie de página)

Conclusion

Es importante que entendamos qué es la temperatura y por qué el espacio es tan frío. Esto nos ayudará a entender mejor el universo, ¡e incluso puede hacerlo más interesante para ti!

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