Modelo del Estado Estacionario

El modelo del Estado Estacionario fue propuesto por Herman Bondi, Tommy Gold y Fred Hoyle en 1948. Bondi y Gold presentaron una discusión filosófica invocando el denominado "Principio Cosmológico Perfecto" en el que el Universo, además de ser homogéneo espacialmente, presenta el mismo aspecto medio en cualquier época. Hoyle trató de enmarcar esta idea en un modelo físico plausible mediante la introducción de un campo de creación continua de materia: el campo C. La idea original implicaba una creación de un átomo de hidrógeno por cada metro cúbico en un periodo de 10¹⁰ años. Un desarrollo posterior de la idea llevaría a Hoyle, junto con el astrónomo Hindú Jayant Narlikar, a localizar esta creación continua de materia en regiones del universo que presentan intensidades significativas del campo gravitatorio: el núcleo de galaxias activas y cuásares. El modelo del Estado Estacionario nació como respuesta a un problema que estaba presente en ese momento (y que de alguna manera sigue ahí) con el modelo del Big Bang: el problema de la incopatibilidad de las medidas de la constante de Hubble y la edad del Universo deducida a partir de los objetos que contiene.

Si el universo tiene que tener el mismo aspecto en cualquier época, el valor de la constante de Hubble tiene que ser realmente constante, por lo que de la ley de Hubble se deduce que

dD/dt = H D

se deduce una solución exponencial para el parámetro de expansión

a (t) = Exp[H(t₀-t)]

Puesto que el radio de curvatura no puede cambiar con el tiempo, este no puede más que ser infinito, con lo que la geometría espacial es exactamente la misma que en un Universo de densidad crítica en el modelo del Big Bang. El tiempo medio de la materia es de 1/(3 H), aunque pueden existir estructuras más viejas que la media, con lo que la edad de los cúmulos globulares puede acomodarse perfectamente a lo observado.

El modelo de Estado Estacionario hace algunas predicciones definidas:

1. Creación de materia. No ha sido observada, aunque la tasa necesaria es lo suficientemente baja para que pudiera pasar perfectamente desapercibida a la observación.

2. Homogeneidad temporal del universo. El modelo de estado estacionario establece la no evolución media del universo a gran escala. Sin embargo parece que las observaciones establecen diferencias entre el universo a redshift del orden de z = 3 (donde se observa un pico máximo en la densidad de cuásares) y el universo a bajo redshift.

3. Incremento del número de fuentes luminosas con la distancia. En una distribución homogénea de objetos del mismo brillo, uno cuenta 8 veces más objetos cuando establece un límite de flujo 4 veces menor. En el modelo del Big Bang, el número de fuentes cae por debajo de esta predicción en un factor dado aproximadamente por (1+z)^-4. Esta ley asume que el número de fuentes se conserva, y una sección del universo contiene el mismo número de fuentes en cualquier época. Puesto que el volumen del universo disminuye por un factor (1+z)³ y en el modelo de Estado Estacionario, la densidad de fuentes debe permanecer constante, la corrección en este modelo debe ser de un factor (1+z)^-7. En la figura a continuación se muestran lo que se espera observar en un modelo del Big Bang con conservación del número de fuentes (BB w CRS), en el modelo de Estado Estacionario (SS) y lo que es observado de hecho. El BB tiene un deficit de fuentes débiles, mientras que en el SS el déficit es aún mayor. Sin embargo, mientras que el BB puede subsanar la discrepancia relajando la condición de conservación del número de fuentes a favor de un exceso de radiofuentes entre 1 y 3 Gigaaños después del Big Bang, el modelo de Estado Estacionario no tiene ningún parámetro ajustable para corregir el error.

El descubrimiento de la radiación de fondo cósmico completó la muerte del modelo del Estado Estacionario, pues en éste el Universo fue siempre de la misma manera y no hubo lugar para que se produjera una radiación de fondo con características térmicas. Invocar una explicación requiere la existencia de partículas de longitud milímetrica en el medio inergaláctico que absorba la radiación producida por fuentes galácticas extremadamente luminosas, una hipótesis demasiado forzada.

Más recientemente, Hoyle, Geoffrey Burbidge y Narlikar intentaron explicar la escasez de radiofuentes que aparece en un universo que presenta el mismo aspecto en cualquier época. Para ello crearon un modelo de Estado Cuasi-Estacionario mediante una pulsación sinusoidal impuesta sobre el crecimiento exponencial del factor de escala a(t), generando un diagrama espacio-temporal como sigue

de tal manera que durante la fase previa del universo, el cono de luz pasado del observador (en rojo) es muy grande, produciendo un número mayor de radiofuentes. Desafortunadamente, esas radiofuentes deberían presentar desplazamientos al azul (como se indica en azul en el diagrama espacio-temporal), un hecho que nunca ha sido observado (aunque curiosamente en el modelo del big bang podrían dara desplazamientos al azul es casos muy particulares. Ver Tamara M. D. & Lineveaver C.H. & Webb J. K. 2001.). Este dato desestimó el nuevo modelo como fallido antes incluso de que fuera publicado. El modelo del Estado Cuasi-Estacionario es en definitiva un error de estos tres grandes cosmólogos.

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