El lado Oscuro del universo

 

INTRODUCCIÓN

El presente texto científico se desarrolla a partir de la siguiente declaración y cuestión que realiza el Físico Sergio de Régules en su ensayo “El lado oscuro del Universo”, el cual se cita a continuación: “La luz de unas estrellas que explotaron hace miles de millones de años reveló recientemente que 75% del Universo está hecho de una forma de energía nunca antes detectada, que produce repulsión gravitacional y acelera la expansión del Universo. ¿Qué será?”

De la afirmación denoto los siguientes conceptos, mismos que al ser analizados dan respuesta a la pregunta ¿Qué será?:

·          “La luz de unas estrellas”

·         “75% está hecho de una forma de energía nunca antes detectada”

·         “Repulsión gravitacional y acelera la expansión del Universo”

 

DESARROLLO

La luz de unas estrellas

Los astrónomos Pueden medir luminosidades con toda precisión para determinar las distancias más grandes en el Universo y saben exactamente cuánto se atenúa la luz con la distancia; lo único que necesitan para saber a qué distancia se encuentra una galaxia es localizar en ella algún objeto cuya luminosidad intrínseca se conozca: un objeto que sirva como patrón de luminosidad.

 

Edwin Powell Hubble fue uno de los más importantes astrónomos estadounidenses del siglo XX

El astrónomo estadounidense Edwin Hubble calculó en 1929 las distancias de alrededor de 90 “nebulosas espirales” (galaxias).
Comparó sus datos con los estudios de velocidad de las galaxias, que habían hecho otros astrónomos, dando como resultado que la luz que se emite de una galaxia puede decirnos a qué velocidad se acerca o se aleja de nosotros (La luz de una galaxia se ve más roja “corrimiento al rojo” cuando ésta se aleja y más azul “corrimiento al azul” cuando se acerca).

Edwin Hubble

Los astrónomos de principios del siglo XX descubrieron que todas las galaxias (menos las más cercanas) presentan corrimiento al rojo, lo cual quiere decir que se están alejando entre sí.

 

Hubble con esa información, realizo la siguiente ley: “El  corrimiento al rojo de una galaxia es proporcional a la distancia a la que está”, la cual se interpreta como signo de que el Universo está en expansión.

De acuerdo con el modelo del Big Bang, el Universo se expandió a partir de un estado extremadamente denso y caliente y continúa expandiéndose hasta el día de hoy

Dicha ley se tomó como base para la creación de la Teoría del Big Bang , la cual afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y luego se expandió.

De acuerdo con el modelo del Big Bang, el Universo se expandió a partir de un estado extremadamente denso y caliente y continúa expandiéndose hasta el día de hoy

 

 

 

En 1965, los físicos Arno Penzias y Robert Wilson, por medio de una  antena de comunicación satelital, detectaron un ruidito persistente que no podían explicar. Éste resultó ser el rastro del violento origen del Universo. Hoy se llama “radiación de fondo”, y sirvió para convencer a casi todo el mundo de la teoría del Big Bang.

 

 

 

Arno Allan Penzias  y Robert Woodrow Wilson ganaron en 1978 el Premio Nobel de Física, por su descubrimiento en 1964 de la radiación cósmica de fondo de microondas o CMB

 

Modelo inflacionario.

 

La inflación cósmica es un conjunto de propuestas en el marco de la física teórica para explicar la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales y resolver el llamado problema del horizonte.

 

El físico y cosmólogo Alan H Guth, del Instituto Tecnológico de Massachussets (M.I.T.), sugirió en 1981 que el universo caliente, en un estadio intermedio, podría expandirse de forma exponencial

 

Esto es lo que todo el mundo hubiera esperado antes de 1916, cuando Albert Einstein publicó la teoría general de la relatividad, que es la que usan los cosmólogos para describir la forma global del Universo.

 

 Esta teoría permite otras dos posibilidades insólitas: si el espacio tiene curvatura positiva, como una esfera, los ángulos de un triángulo suman más de 180 grados, si tiene curvatura negativa, como una silla de montar, menos. Todo depende de qué tan fuerte jale la fuerza de gravedad total del Universo, o en otras palabras, de cuánta materia y energía contenga éste en total:

 

1.    poca materia y energía = curvatura negativa

2.    ni mucha ni poca = geometría plana

3.    mucha = curvatura positiva

 

 

La geometría local del universo se determina aproximadamente si Omega es menos que, igual a o mayor de 1. De arriba hacia abajo: un universo esférico ("riemanniano" o de curvatura positiva), un universo hiperbólico ("lobachevskiano" o de curvatura negativa), y un universo plano o de curvatura 0.

 

 

75% del Universo está hecho de una forma de energía nunca antes detectada

 

 

Para mediados de la década de los 90 la cosmología se encontraba en la siguiente situación:

 

·         Según el modelo inflacionario, el Universo debía contener suficiente materia y energía para que la expansión se fuera deteniendo sin nunca parar por completo (geometría plana).

·         Unos estudios de la radiación de fondo corroboraban observacionalmente que el Universo es de geometría plana.

·         Los recuentos del contenido de materia y energía del Universo decían categóricamente que éstas no alcanzaban ni de lejos para producir la geometría plana que exigían el modelo inflacionario y los estudios de la radiación de fondo.

 

 

Por lo tanto, concluyeron los cosmólogos que faltaba alrededor del 75% de la materia o energía necesaria para explicar que el Universo cumple con una geometría plana. ¿Dónde estaba?

El 15 de octubre de 1998 el telescopio Keck II, situado en la cima del volcán Kilauea, en Hawai, escudriñaba un retazo de cielo en el área de la constelación de Pegaso. Hacía unas semanas, los científicos del Proyecto de Cosmología con Supernovas (Supernova Cosmology Project), dirigido por Saul Perlmutter, habían tomado fotos de las galaxias de la misma región como referencia. Al comparar las nuevas imágenes con las de referencia, vieron que en una galaxia había aparecido un punto brillante. Era una supernova, una estrella que hizo explosión —justo lo que estaban buscando—. La llamaron Albinoni, como el compositor italiano del siglo XVIII (Perlmutter toca el violín).

 

Nueve días después, el grupo —un equipo internacional de investigadores— usó el Telescopio Espacial Hubble, además del Keck II, para medir la luminosidad aparente de Albinoni, así como el corrimiento al rojo de la galaxia en la que se localiza. Al cabo de varios días confirmaron que se trataba de una supernova de tipo Ia con un corrimiento al rojo de 1.2, lo que indicaba que hizo explosión hace miles de millones de años.

El corrimiento al rojo de las galaxias lejanas se debe a que la expansión del Universo “estira” (es un decir) su luz. Comparándolo con la distancia a la que se encuentra la galaxia se obtiene información acerca del ritmo de expansión del Universo en épocas remotas.

 

En 1998, los equipos de Schmidt y Perlmutter habían estudiado unas 40 supernovas que explotaron entre 4,000 y 7,000 millones de años atrás. Estos datos les bastaron para convencerse de que algo andaba mal con la cosmología del Big Bang, por lo cual anunciaron públicamente que la expansión del Universo, lejos de frenarse como casi todo el mundo suponía, se está acelerando.

Adam Riess, Saul Perlmuter y Brian  Schmidt ganadores del Premio Nobel en Física

 

Edad del Universo

 

La edad del Universo se calculaba suponiendo que la gravedad frenaba la expansión. Si en vez de frenarse, se acelera, el cálculo cambia y el Universo resulta más antiguo.

 

Pero la implicación más tremenda del Universo acelerado tiene que ver con el asunto de la gravedad. Ésta es una fuerza de atracción y, en efecto, tiende a frenar la expansión del Universo; por lo tanto el efecto de aceleración del Universo requiere de grandes cantidades de energía cósmica (energía oscura), de modo que hay más energía en el Universo de la que habíamos visto hasta hoy.

 

Pero, ¿qué es la energía oscura?, existen dos posibilidades

 

1.- Se considera como la constante cosmológica (propiedad intrínseca del espacio) Si quisieras sacar toda la energía de una región, tendrías que extraer toda la materia, aislarla de fuentes de energía externas, eliminar todos los campos (eléctricos, magnéticos, gravitacionales). Pese a todos tus esfuerzos, quedaría en esa región una energía irreducible, inseparable del espacio

 

2- Otra posibilidad es que la energía oscura provenga de un nuevo tipo de campo, parecido a los campos eléctricos y magnéticos, al que algunos cosmólogos llaman quintaesencia.

 En la teoría de la relatividad todos los campos producen atracción gravitacional por contener energía, pero la quintaesencia produce repulsión gravitacional.

 

La constante cosmológica, como propiedad intrínseca del espacio, no cambia con la expansión del Universo, no interactúa con la materia y no cambia de valor en distintas regiones. En cambio la quintaesencia sí podría interactuar con la materia y cambiar de valor. Otra diferencia detectable (pero aún no detectada) es que la quintaesencia acelera la expansión del Universo menos que la constante cosmológica.

 

CONCLUSIÓN

 

Conforme han avanzado los descubrimientos en materia astronómica, se ha demostrado que el Universo cada vez se expande más, y la fuerza de gravedad no es lo suficientemente fuerte como para detener esa expansión, existe otra fuerza aún más fuerte, denominada energía oscura, de la cual aún no se sabe mucho, pero se puede definir como la otra parte que compone al Universo, la cual en algún momento podrá superar por completo a la gravedad.