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Controversia sobre el Cosmos: El Universo esta expandiéndose

Controversia sobre el Cosmos: El Universo esta expandiéndose, pero cuan rápido?



Una pequeña discrepancia en el valor de un largamente buscado numero ha promovido un debate acerca de que tan bien conocemos el cosmos.

Controversia sobre el Cosmos: El Universo esta expandiéndose
Una imagen del Telescopio Espacial Hubble de un grupo de galaxias interactuando Arp 273. Crédito de la imagen: NASA

Original de Dennis Overbye FEB. 20, 2017

Allí afuera

Hay una crisis cocinándose en el cosmos o quizás en la comunidad de cosmólogos. El Universo parece estar expandiéndose demasiado rápido, según dicen algunos astrónomos.

Las recientes medidas de las distancias y velocidades de las galaxias más distantes no concuerdan con un duramente logrado “modelo estándar” del cosmos que ha prevalecido a través de la dos décadas pasadas.

El último resultado demuestra un 9 por ciento de discrepancia en el valor de un número largamente buscado llamado la constante de Hubble el cual describe que tan rápido se está expandiendo el Universo. Pero en una medición de cuan precisa es esta, los cosmólogos piensan que su ciencia ha llegado a un resultado final, esta pequeña discrepancia ha producido un debate acerca de que tan bien conocemos el cosmos.

“Si esto es real, aprenderemos de una nueva física,” dijo Wendy Freedman de la Universidad de Chicago, quien ha pasado la mayor parte de su carrera trazando el tamaño y crecimiento del Universo.

La constante de Hubble, nombrada así luego de que Edwin Hubble, trabajando en los Observatorios Mount Wilson y Carnegie descubriera que el universo se estaba expandiendo, le ha dado a los astrónomos una lucha por fijarla. En un Universo expandiéndose, alguna cosa que esté más lejos de usted, más rápido está recediendo -retrocediendo- La constante de Hubble nos dice que tanto.

Pero el medirlo requiere descubrir las distancias de la luz en el cielo — las estrellas e incluso las galaxias que nunca podremos visitar o recrear en el laboratorio. La estrategia desde los días de Hubble se han hallado las así llamadas candelas estándar, estrellas o galaxias cuyas distancias pueden ser calculadas por la forma como luce el brillo desde la Tierra.

Pero los calibradores mismos necesitan ser calibrados, lo cual llevó a un débil cadena de suposiciones y sus medidas sobre las cuales hay pequeños errores y desacuerdos —digamos, acerca, de cuanto polvo está interfiriendo las observaciones — pueden determinar las proporciones cósmicas. Hace solo tres décadas, los más notables astrónomos podrían no estar de acuerdo en si el Universo tenía una edad de 10 mil millones o 20 mil millones de años. Ahora, todos han establecido que su edad es cerca de 13,8 miles de millones de años.

Controversia sobre el Cosmos: El Universo esta expandiéndose
Albert Einstein a la izquierda, y Edwin Hubble, el segundo de la izquierda, en el observatorio de Monte Wilson en 1931. Crédito de la imagen: Imagno/Getty Images

Usando una nueva generación de instrumentos como el Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos han constantemente reducido la incertidumbre en la constante de Hubble.

Acercándose

En 2001, un equipo dirigido por el Dr. Freedman reportó un valor de 72 kilómetros por segundo por megaparsec (cerca de 3,3 millones de años luz), que las trastabillantes equipos de astrónomos prefieren. Esto quiere decir que que por cada 3,3 millones de años luz una galaxia se aleja de nosotros unos 72 kilómetros cada segundo más velozmente.

El estimado original de Hubble fue mucho más alto, hasta 500 de esas mismas unidades de medida.

Los resultados del Dr. Freedman tuvo un error de marginal que fue felizmente consistente con otras mediciones indirectas, que habían obtenido valores ligeramente menores de 67 para la constante de Hubble. Estas fueron derivados de estudios de las microondas emitidas y que todavía persisten en el firmamento desde la bola de fuego primordial del Big Bang.

Como un resultado de esto, en los años recientes, los astrónomos han establecido una receta para que el universo sea tan negro y decadente como una oscura galleta brownie de doble chocolate. El Universo consiste de aproximadamente 5 por ciento de materia atómica por peso, 27 por ciento de la misteriosa materia obscura y un 68 por ciento de la incluso más misteriosa energía obscura que está acelerando la expansión cósmica. Nunca debemos olvidar que no sabemos exactamente que es toda esta materia obscura. Los astrónomos tienen una buena teoría de como ella se comporta, y que les ha permitido a ellos contar una historia plausible acerca de como el universo se desarrolla desde cuando este tenía una trillonésima de un segundo hasta el día de hoy.

Pero ahora la precisión de la constante de Hubble ha llegado a ser sensiblemente mejor, y así el Universo podría estar en problemas otra vez.

El pasado verano un equipo liderado por Adam Riess de la Universidad John Hopkins y el Instituto de Ciencias Telescópicas Espaciales, usando el Telescopio Espacial Hubble y el Telescopio gigante Keck en Mauna Kea en Hawaii estudiaron las explosiones de supernovas como los finales marcadores de distancia, obtuvieron valores de más o menos 73 con solo un 2,4 por ciento de desviación para la constante elusiva.

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[siza=9] Radiación del fondo cósmico dejada por el Big Bang, como es visto por el observatorio espacial Planck. Crédito de la imagen: NASA. [/size]

Que nos quieren decir estas ondas que fueron creadas en el principio, si es cierto, la constante de Hubble como se observó hoy era ahora claramente incompatible con el resultado de 67 de su valor inferido de la información colectada en 2013 por el observatorio espacial Europeo Planck una reliquia de la radiación del Big Bang. Las observaciones de la misión Planck mostró el Universo cuando solo tenía 380.000 años era considerado modelo de oro de la cosmología.

Si la receta cósmica estándar podría ahora necesitar ser modificada — por ejemplo, para informar acerca de una nueva especie de un flujo de partículas a través del espacio desde el Big Bang — depende de a quien le esta hablando. Algunos dicen que es demasiado pronto para excitarse acerca de una nueva física paseándose a través de las pequeñas discrepancias en el campo destacada por la controversia. Con una mejor información y con un mejor entendimiento de las incertidumbres estadísticas, la discrepancia podría desaparecer, declararon ellos.

“Ninguna explicación que yo conozca es la menos fea que el problema,” declaró un teórico del estado de Arizona Lawrence M. Krauss,

Otros dicen que esto podría ser el comienzo de algo grande. David Spergel, un cosmólogo de Princeton y de la fundación Simons, llamó a la discrepancia “muy intrigante” pero dijo que el aun no estaba convencido de que era la señal de una nueva física. Michael S. Turner de la Universidad de Chicago dijo, “Si la discrepancia es real, esto podría ser una perturbación en el exitoso modelo estándar de la cosmología y que es lo que la más jóvenes generaciones quieren — una oportunidad para los grandes descubrimientos, nuevos puntos de vista y nuevos logros.”

El Dr. Riess y su colega Stefano Casertano obtuvieron aproximadamente un valor de 73 el pasado verano, fortaleciendo la declaración que no concuerda con las constantes de Hubble. Ellos usaron información proveniente del observatorio Europeo GAIA, el cual está midiendo las distancias de más de mil millones de estrellas mediante triangulación, esto ha permitido a los astrónomos saltar algunos de las mas bajos peldaños en el intervalo de la escalera.

Ellos calcularon que las pequeñas discrepancias son una casualidad estadístico donde menos de una parte en cien — lo cual podría sonar bien en el poker pero no en la física, lo cual requiere que esas discrepancias sean menores de una en un millón para cimentar la declaración de un descubrimiento.

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Una ilustración mostrando al observatorio espacial GAIA y a la vía Láctea. Crédito de la imagen: ESA/ATG medialab; del fondo: ESO, via S. Brunier

“Pienso que su potencial es un asunto serio,” dijo Alex Filippenko, un astrónomo de la Universidad de California, quien es parte del equipo. “En este linea de investigación el demonio está en los detalles. Y así luego de obtener los detalles correctos, estamos dejando de lado un mayor rompecabezas.”

George Efstathiou, de la Universidad de Cambridge y uno de los lideres de la misión Planck responsable por sus análisis cosmológicos, dijo el Dr. Reiss y su equipo hubo subestimado sus errores en su medición.

“Así en resumen, pienso que los resultados de Planck son seguros,” el escribió en un correo electrónico. “Ellos,” refiriéndose a los otros astrónomos, “podrían estar en lo correcto y hemos de modificar el modelo estándar, pero la evidencia luce débil para mi.”

El Dr. Reiss y sus colegas han establecido mediante su trabajo, sin embargo, y los datos posteriores en Diciembre cuando un grupo llamado H0lLiCOW (no pregunte por que) del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching Alemania, reportó su propio valor en 72 para la constante de Hubble, también inconsistente con el análisis de la misión Planck.

Liderado por Sherry Suyu del Max Planck, el grupo midió las demoras experimentadas por los rayos de cinco distantes cuásares parpadeantes y como ellos siguieron diferentes trayectorias alrededor de las galaxias masivas en el camino desde allá lejos hasta nosotros. La técnica, dijeron ellos, depende solo de la geometría y de la teoría de la gravedad de Einstein, la teoría de la relatividad, haciéndolo independiente de otras conjeturas acerca del polvo o de la composición de las estrellas.

El pasado año, un grupo conocido como BOSS, (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey) Estudio de la Espectroscopia de la Oscilacion de Bariones, produjo una constante de Hubble de cerca de 68, basado en algunas 1,5 millones de galaxias que formaban cúmulos en el espacio tiempo, pero esta información del fondo cósmico de microondas CMB para su calibración.

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Una supernova similar a aquellas usadas para medir la expansión del Universo. Crédito de la imagen: NASA.

Que viene a continuación?

Hay lugar para las elucubraciones, dijo el Dr. Reiss y otros, para ambos los resultados modernos y primordiales han de ser correctos, debido a que las mediciones del Planck y las constantes de Hubble solo indirectamente como uno de los parámetros en el modelo estándar del universo. Otros parámetros podrían ser ajustados.

Esto es en donde la nueva física debería intervenir.

Los más cercanos candidatos a llenar el hueco, el Dr. Reiss dijo, podría haber una nueva forma de partículas fantasmas llamadas neutrinos, ya conocidas como abundantes en el cosmos. Ellos vienen en tres tipos que pueden cambiar de un tipo en otro en la medida en que ellos atraviesan el espacio; algunos físicos han sugerido que podría existir un cuarto tipo, llamado neutrinos estériles, que no interactúan con cualquier otra cosa del todo.

Este descubrimiento podría abrir nuevos campos en la física de partículas y quizás arrojar luz, por así decirlo, en la búsqueda del entendimiento de la materia obscura que cubre el espacio y proporciona el andamiaje gravitacional a las galaxias.

Otra posibilidad es que la versión más popular de energía obscura — conocida como la constante cosmológica, inventada por Einstein hace 100 años y luego rechazada como una equivocación — podría ser reemplazada en el modelo cosmológico por una más virulenta y controversial forma conocida como energía fantasma, la cual podría causar que el Universo eventualmente se expanda tan rápido que incluso los átomos serían destruidos en un Big Rip unos miles millones de años a partir de ahora.

“Esta es una muy interesante presión,” dijo el Dr. Reiss. “Esta es la razón por la que jugamos el juego. Buscamos algo que no concuerde.”

El agregó, “las claves acerca del sector obscuro o acerca de la física fundamental están en juego.”

Esta es la época de la “precisión cosmológica,” y mientras todos concuerdan que es aun pronto para decirlo, la avalancha de la información de GAIA y el próximo telescopio Espacial James Webb es solo el comienzo dijo el Dr. Freedman. El los próximos pocos años ella espera que la constante de Hubble pueda ser medida con una precisión del 1 por ciento.

“Y esto es lo que lo hace interesante — esto es viable, y un montón de trabajos están ahora en desarrollo que nos permitirán resolver esto en los siguientes par de años,” dijo ella. “Esto es lo que me hace querer trabajar en esto otra vez!”

Ella habló recordando su situación al final de la década de los 1990s, cuando las distancias discrepantes de las distantes explosiones de supernovas llevaron al descubrimiento de que la expansión del Universo se estaba acelerando bajo la influencia de la energía obscura. El Dr. Reiss ganó el premio Nobel por su trabajo en esto, y así la energía obscura tomó su lugar en la ortodoxia cósmica.

“No es solo un ‘déjà vu,’” el escribió en un correo electrónico, “pero es divertido que cualquiera de mis colegas y yo miremos al Universo contemporáneo con nuestras pistolas de radar, y este se está expandiendo demasiado rápido para las expectativas contemporáneas!”

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