|
En sus observaciones del universo, el astrónomo Edwin Hubble
se dio cuenta de que cuanto más lejos se encontraba una galaxia
de otra, más rápido se alejaban mutuamente. Esta premisa indicaba
la idea de la expansión del universo, que a su vez daría lugar
a la teoría del Big Bang.
Para medir con precisión el ritmo al que ocurre este fenómeno,
se desarrolló el concepto de la ‘constante de Hubble’, uno
de los parámetros fundamentales de la astronomía, cuyo valor
exacto permitiría a los expertos deducir la edad real y la
expansión del universo. La comunidad científica no ha determinado
hasta la fecha su valor exacto, medido en millones de de kilómetros
por segundo por megaparsec (Km/s/Mpc) –un megapársec equivale
a unos 3 millones de años luz–. El único consenso posible
es que debe de rondar entre los 50 y los 100 Km/s/Ppc.
Un nuevo estudio publicado recientemente en Astrophysical
Journal acaba de añadir un nuevo motivo de controversial:
la constante de Hubble podría no ser constante, y la velocidad
podría incrementarse con el tiempo. Es la conclusión de una
nueva medición coordinada por el astrofísico Adam Riess, de
la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, quien en 2011 recibió
el premio Nobel de Física por su descubrimiento de la energía
oscura del universo.
Para medir la velocidad relativa de una estrella, los astrónomos
se basan en los cambios producidos en la luminosidad del astro.
En concreto, analizan las denominadas “estrellas variables
cefeidas’, unos astros que presentan modulaciones periódicas
de luminosidad extremadamente regulares. Al comparar el brillo
absoluto de la estrella con el relativo (el que percibimos
nosotros), es posible inferir cuán lejos está de nosotros.
La comunidad científica lleva años intentando ensamblar las
distintas piezas del puzle, que intentan calibrar con nuevas
mediciones cada vez más precisas.
Para este estudio, los astrónomos han empleado datos del
Telescopio Espacial Hubble para observar 70 estrellas variables
cefeidas en la Gran Nube de Magallanes, una galaxia enana,
satélite de la Vía Láctea, situada a unos 160.000 años luz
del sistema solar. La conclusión del equipo de investigadores
cifró en unos 74.03 kilómetros por segundo por megapársec,
con un margen de error del 1,9%, una medición que no casa
con las realizadas sobre galaxias lejanas con datos del telescopio
espacial Planck, que cifraba el valor en unos 67,4 kilómetros
por segundo por megapársec.
Los científicos barajan varias hipótesis para explicar esa
variación en la constante, aunque hasta la fecha ninguna de
ellas ha sido probada. Una de las posibles explicaciones podría
tener que ver con la energía oscura, que podría acelerar la
expansión del universo en unos períodos concretos de la historia
del cosmos. Otra posibilidad es que se deba a la acción de
la materia oscura, una materia invisible que no está formada
por protones, neutrones y electrones, de la que se calcula
está hecho cerca del 80% del total del universo, o que exista
algún tipo de radiación.
La energía oscura compone aproximadamente el 68% del cosmos,
pero todavía no se sabe qué es exactamente. Se cree que ejerce
una fuerza de repulsión que hace que el universo se expanda.
En enero, los investigadores Guido Risaliti, de la Universidad
de Florencia, y Elisabeta Lusso, de la Universidad de Durham,
Reino Unido, publicaron un estudio en la revista Nature que
sugiere que la energía oscura no es estable, sino que "su
densidad aumenta con el tiempo". Como ya se sabe, a más densidad,
cada vez mayor velocidad de expansión del universo. Poulin
y un equipo de la Universidad Johns Hopkins también creen
que la aceleración de la expansión del universo se debe a
la "energía oscura".
Pero estos investigadores la sitúan en los inicios del universo,
es decir, habla de una "energía oscura temprana" que no necesariamente
es igual a la actual, y que "decae como la radiación" antes
de los 300.000 años del universo, según un estudio que publicaron
en noviembre de 2018.
La 'energía oscura temprana' aumentaria la tasa de expansión
del universo en los primeros 300.000 años. Esto permitiría
que las mediciones actuales acierten con la expansión actual
del universo. Si alguna de estas teorías fuera cierta, los
científicos tendrían que reescribir la historia del origen
y, tal vez, el destino del universo.
Sea cual sea la causa, tanto Riess y astrónomos de todo el
mundo trabajan para pulir todavía más las mediciones del Hubble,
con la esperanza de que incluso una pequeña discrepancia de
medición pueda aportarnos una nueva pista que nos ayude a
desvelar cómo funciona el universo.
El universo se expande desde el Big Bang y cada vez lo hace
más rápido. Existen galaxias que se alejan de nosotros más
rápido que la velocidad de la luz. Pero no es un problema
para la física.
Existe en el universo una curiosa relación conocida como
la ley de Hubble que nos dice que cuanto más lejos está una
galaxia, más rápido se aleja de nosotros. Esto fue la primera
demostración empírica de que el Universo se expande y dejó
impresionados a los físicos de los años 20. Desde entonces
se han hecho muchas investigaciones al respecto hasta que
en 2005 un grupo de investigadores recibieron el premio Nobel
por descubrir que el universo se expande cada vez más rápido.
Si uno piensa en la ley de Hubble como ecuación, puede encontrar
la distancia a la cual las galaxias que se ajena de nosotros,
lo hacen a la velocidad de la luz, esta distancia se llama
el radio de Hubble. Cualquier galaxia que se encuentre más
alejada de nosotros se moverá en la dirección opuesta a nosotros
más rápido que la luz. Seguro que a más de uno le choca que
algo pueda violar la teoría de la relatividad de Einstein,
pero la realidad es que no se viola; nunca.
Vamos con el meollo de la cuestión, ¿por qué algo puede ir
más rápido que la luz en el vacío? Para ello vamos a empezar
recordando una forma correcta de enunciar ese postulado de
la teoría de la relatividad: “Nada puede viajar a través del
espacio a mayor velocidad que la luz en el vacío” Y es justo
la parte de “a través del espacio” donde está la clave que
permite que estas galaxias que se alejen lo hagan tan rápido.
Las galaxias no se mueven a través del espacio, sino que el
espacio entre las galaxias y nosotros se expande, lo que resulta
en que cada vez están más lejos.
No es algo sencillo de entender, pero vamos a explicarlo
poco a poco para que quede claro. Imaginemos una tela elástica
sobre la que dibujamos dos puntos con un rotulador. A continuación
estiramos la tela, de forma que la distancia entre los puntos
aumenta, pero ninguno de los puntos se ha movido de su sitio
en la tela, los dibujos siguen en la misma zona de la tela
que los hicimos, aunque ahora la distancia entre ambos haya
aumentado. Ahora imaginemos que uno de esos puntos es la Tierra
y el otro una galaxia que estamos observando. Desde la Tierra
ese punto-galaxia se ha alejado de nosotros, aunque ninguno
nos hayamos movido por la tela.
Esto es lo que ocurre con el Universo, el espacio (espacio-tiempo
si queremos ser precisos) se expande, y aunque a distancias
pequeñas no lo podamos ver, a grandes distancias el efecto
es más que notable. De esta forma una galaxia que se aleja
de nosotros puede hacerlo más rápido que la luz sin violar
la teoría de la relatividad, ya que con respecto al propio
espacio su movimiento es nulo o muy pequeño. Pero esperad
que aún hay más chicha, esas galaxias que se alejan de nosotros
más rápido que la luz… ¡las podemos ver! Sí, exactamente a
pesar de alejarse más rápido que la luz, su luz llega a nosotros
A pesar de que es un campo muy activo y no se considera aún
que exista certeza para afirmarlo, el consenso entre los físicos
es que el universo se expande cada vez más rápido y no va
a parar nunca. Es decir las glaaxias que se alejan de nosotros
lo seguirán haciendo cada vez más rápido de forma que cada
vez serán más y más las galaxias que se alejan de nosotros
más rápido que la luz. Esto nos deja varios posibles escenarios
para el final del Universo, ninguno de ellos nada alentador,
como vamos a ver ahora.
La primera es la muerte por enfriamiento, que es un escenario
en el que las galaxias, que se alejan unas de otras dejan
de interaccionar entre ellas, luego las estrellas de cada
galaxia pasan a separarse hasta dejar de interaccionar y al
final acabamos con un universo muy disperso, muy frío, y muy
muy vacío. Por otro lado tenemos el Big Rip que llega el estiramiento
del espacio hasta el extremo en que las predicciones hablan
de que todos los átomos se desgarrarían y acabaríamos con
partículas subatómicas aisladas flotando en un espacio vacío.
Por suerte para nosotros, no estaremos aquí para ver ninguno
de estos finales.
|
En astrofísica y cosmología física, se denomina materia
oscura a un tipo de materia que corresponde aproximadamente
al 68% de la materia del universo, y que no es energía
oscura, materia bariónica (materia ordinaria) ni neutrinos.
Su nombre hace referencia a que no emite ningún tipo
de radiación electromagnética (como la luz). De hecho,
no interactúa en ninguna forma con la radiación electromagnética,
siendo completamente transparente en todo el espectro
electromagnético.
Su existencia se puede inferir a partir de sus efectos
gravitacionales en la materia, tales como las estrellas
o las galaxias, así como en las anisotropías del fondo
cósmico de microondas presente en el universo. La materia
oscura fue propuesta por Fritz Zwicky en 1933 ante la
evidencia de una "masa no visible" que influía en las
velocidades orbitales de los cúmulos en las galaxias.
Posteriormente, otras observaciones han indicado la
presencia de materia oscura en el universo: estas observaciones
incluyen la citada velocidad de rotación de las galaxias,
las lentes gravitacionales de los objetos por los cúmulos
de galaxias, tales como el Cúmulo Bala (1E 0657-56)
y la distribución de la temperatura del gas caliente
en galaxias, cúmulos de galaxias y nebulosas.
La materia oscura también desempeña un papel central
en la formación de estructuras y la evolución de galaxias
y tiene efectos medibles en la anisotropía de la radiación
de fondo cósmico de microondas. Todas estas pruebas
sugieren que las galaxias, los cúmulos de galaxias y
todo el Universo contiene mucha más materia que la que
interactúa con la radiación electromagnética: lo restante
es llamado "el componente de materia oscura".
La composición de la materia oscura se desconoce.
Algunos de los candidatos a materia oscura pueden ser
neutrinos ordinarios y pesados, partículas elementales
recientemente postuladas como los WIMPs y los axiones,
cuerpos astronómicos como las estrellas enanas, los
planetas (colectivamente llamados MACHO) y las nubes
de gases no luminosos. Las pruebas actuales favorecen
los modelos en que el componente primario de la materia
oscura son las nuevas partículas elementales llamadas
colectivamente materia oscura no bariónica. El componente
de materia oscura tiene bastante más masa que el componente
"visible" del Universo.
Actualmente, se estima que la densidad de bariones
ordinarios y la radiación en el Universo equivalen aproximadamente
a un átomo de hidrógeno por metro cúbico de espacio.
Aproximadamente, sólo el 5% de la densidad de energía
total en el Universo (inferido de los efectos gravitacionales)
se puede observar directamente.
Se estima que en torno al 68 % está compuesto de materia
oscura. El restante consistiría en energía oscura, un
componente incluso más extraño, distribuido difusamente
en el espacio. Alguna materia bariónica difícil de detectar
contribuye a la materia oscura, aunque algunos autores
defienden que constituye sólo una pequeña porción. Aun
así, hay que tener en cuenta que del 5% de materia bariónica
estimada (la mitad de ella todavía no detectada) se
puede considerar materia oscura bariónica: todas las
estrellas, galaxias y gas observables reúnen menos de
la mitad de los bariones que se supone debería haber.
Se cree que toda esta materia puede distribuirse en
filamentos gaseosos de baja densidad, formando una red
por todo el universo, en cuyos nodos se encuentran los
diversos cúmulos de galaxias. En mayo de 2008, el telescopio
XMM-Newton de la agencia espacial europea encontró pruebas
de la existencia de dicha red de filamentos.
La determinación de la naturaleza de esta masa no visible
es una de las cuestiones más importantes de la cosmología
moderna y la física de partículas. Las denominaciones
"materia oscura" y "energía oscura" expresan principalmente
nuestro desconocimiento, casi como los primeros mapas
etiquetados como "Terra incógnita".
Estimaciones basadas en los efectos gravitacionales
de la cantidad de materia presente en el Universo sugieren,
consistentemente, que hay mucha más materia de la que
se puede observar directamente. Además, la existencia
de materia oscura resolvería varias inconsistencias
en la teoría del Big Bang. Se cree que la mayoría de
la masa del Universo existe en esta forma. Determinar
cuál es la naturaleza de la materia oscura es el llamado
"problema de la materia oscura" o "problema de la masa
desaparecida" y es uno de los más importantes de la
cosmología moderna. La existencia de la materia oscura
puede parecer irrelevante para nuestra vida en la Tierra,
pero que exista o no, afecta al destino último del Universo.
Se sabe que el Universo está expandiéndose, por el corrimiento
al rojo que muestra la luz de los cuerpos celestes distantes.
Si no hubiera materia oscura, esta expansión continuaría
para siempre. Si la actual hipótesis de la materia oscura
es correcta, y dependiendo de su cantidad, la expansión
del Universo podría ralentizarse, detenerse o incluso
invertirse (lo que produciría el fenómeno conocido como
Big Crunch). Sin embargo, su importancia para el destino
final del Universo se ha relativizado en los últimos
años, frente a la existencia de una constante cosmológica
y de una energía oscura. Según las mediciones realizadas
en 2003 y 2006 por el satélite WMAP, la expansión del
Universo se está acelerando, y continuará debido a la
existencia de la energía oscura, aunque sin causar un
Big Rip.
|
|
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
|
