El universo está expandiéndose más rápido de lo que debería. Necesitamos una nueva física para explicar el porqué.
Los astrónomos que emplean el Telescopio Espacial Hubble [1] para hacer mediciones más precisas de la expansión del universo han confirmado que puede estar expandiéndose más rápido de lo esperado. El nuevo criterio de cálculo utilizado por los investigadores del Hubble no coincide con las predicciones basadas en mediciones del universo primitivo; entienden que se precisaría de una nueva física para explicar el porqué.
El trabajo se basa en el descubrimiento del «universo inflacionario» de Alan Guth y otros [2], teoría que obtuvo un Premio Nobel en 1998. Los nuevos resultados han sido aceptados por la prestigiosa revista científica The Astrophysical Journal para su publicación.
En declaraciones, Adam Riess -también premio Nobel y alma mater del proyecto— afirmó: «La comunidad está realmente luchando con la comprensión del significado de esta discrepancia».
Matemáticas griegas antiguas y exploración espacial moderna
Durante los últimos seis años, Riess y sus colaboradores han estado trabajando en refinadas mediciones de las distancias existentes entre las galaxias usando estrellas como hitos. A partir de la información obtenida, promovieron una nueva «constante de Hubble» [3] -valor que calcula cuán rápido se expande el universo con el tiempo—. Lo consiguieron empleando geometría griega antigua y una sofisticada técnica de escaneo que les permite generar mediciones que se extienden hasta diez veces más lejos en el espacio que los datos anteriores.
El satélite Planck, de la Agencia Espacial Europea, estudió la expansión temprana del universo en el transcurso de una misión que empezó en 2009 y finalizó en 2013, obteniendo información con la cual trazó un mapa de la radiación electromagnética cósmica de microondas del «Big Bang» [4] o «radiación de fondo» [5]. La radiación de fondo proporciona a la comunidad científica una imagen de la expansión del universo desde, aproximadamente, 378.000 años después de explotar la famosísima y casi infinitesimalmente pequeña «singularidad».
Estos primeros datos predecían una velocidad de expansión que es un nueve por ciento diferente a los nuevos resultados del Hubble.
Los resultados del satélite Planck sitúan la constante actual del Hubble entre 66.95 y 69.04 km por segundo por megaparsec (3.3 millones de años luz). Pero los resultados de Riess y del equipo dan un valor más alto, 73.06 km por segundo por megapársec, o sea, por cada megapársec de distancia (3,26 millones de años luz), la velocidad de alejamiento se incrementa en 71 kilómetros por segundo. Si desea saber más acerca de estas magnitudes -pársec, kilopársec, megapársec, gigapársec, etc. vea la nota [6].
Sólo hay una probabilidad entre cinco mil de que esta discrepancia sea una coincidencia, según los nuevos datos que se manejan.
«Ambos resultados han sido probados de múltiples maneras, por lo que, salvo una serie de errores no relacionados», explicó Riess, «es cada vez más probable que no se trate de un error, sino de una característica del universo.»
¿Energía oscura, radiación oscura o materia oscura?
Riess propuso una serie de posibles explicaciones «oscuras» para este desajuste astronómico. Sugirió que la energía oscura [7] podría estar arrastrando galaxias separadas con mayor fuerza o con creciente fuerza. La aceleración no tendría un valor constante en este caso.
Otra explicación viene de los pequeños «neutrinos estériles» [8]. Este nuevo tipo de partícula subatómica viajaría a una velocidad próxima a la de luz y sólo se vería afectada por la gravedad. Los neutrinos estériles formarían la «radiación oscura», que no interactúa con ninguna de las fuerzas fundamentales en el Modelo Estándar de la física de partículas.
Una tercera posibilidad sugiere que la escurridiza materia oscura -invisible y no compuesta de protones, neutrones y electrones como los de los átomos comunes— tiene una relación más fuerte con la materia normal o la radiación de lo que se creía anteriormente.
Esos escenarios cambiarían la comprensión de los científicos del universo primitivo y socavarían la constante del Hubble basada en tales mediciones, algo que podría aclarar la discrepancia entre los resultados de Planck y estos nuevos resultados.
El equipo sigue esforzándose por obtener mediciones cósmicas aún más precisas. Utilizarán datos del Hubble y del observatorio espacial Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea) para afinar sus resultados. Stefano Casertano añadió: «Esta precisión es lo que se necesita para diagnosticar la causa de esta discrepancia».
El trabajo se basa en el descubrimiento del «universo inflacionario» de Alan Guth y otros [2], teoría que obtuvo un Premio Nobel en 1998. Los nuevos resultados han sido aceptados por la prestigiosa revista científica The Astrophysical Journal para su publicación.
En declaraciones, Adam Riess -también premio Nobel y alma mater del proyecto— afirmó: «La comunidad está realmente luchando con la comprensión del significado de esta discrepancia».
Matemáticas griegas antiguas y exploración espacial moderna
Durante los últimos seis años, Riess y sus colaboradores han estado trabajando en refinadas mediciones de las distancias existentes entre las galaxias usando estrellas como hitos. A partir de la información obtenida, promovieron una nueva «constante de Hubble» [3] -valor que calcula cuán rápido se expande el universo con el tiempo—. Lo consiguieron empleando geometría griega antigua y una sofisticada técnica de escaneo que les permite generar mediciones que se extienden hasta diez veces más lejos en el espacio que los datos anteriores.
El satélite Planck, de la Agencia Espacial Europea, estudió la expansión temprana del universo en el transcurso de una misión que empezó en 2009 y finalizó en 2013, obteniendo información con la cual trazó un mapa de la radiación electromagnética cósmica de microondas del «Big Bang» [4] o «radiación de fondo» [5]. La radiación de fondo proporciona a la comunidad científica una imagen de la expansión del universo desde, aproximadamente, 378.000 años después de explotar la famosísima y casi infinitesimalmente pequeña «singularidad».
Estos primeros datos predecían una velocidad de expansión que es un nueve por ciento diferente a los nuevos resultados del Hubble.
Los resultados del satélite Planck sitúan la constante actual del Hubble entre 66.95 y 69.04 km por segundo por megaparsec (3.3 millones de años luz). Pero los resultados de Riess y del equipo dan un valor más alto, 73.06 km por segundo por megapársec, o sea, por cada megapársec de distancia (3,26 millones de años luz), la velocidad de alejamiento se incrementa en 71 kilómetros por segundo. Si desea saber más acerca de estas magnitudes -pársec, kilopársec, megapársec, gigapársec, etc. vea la nota [6].
Sólo hay una probabilidad entre cinco mil de que esta discrepancia sea una coincidencia, según los nuevos datos que se manejan.
«Ambos resultados han sido probados de múltiples maneras, por lo que, salvo una serie de errores no relacionados», explicó Riess, «es cada vez más probable que no se trate de un error, sino de una característica del universo.»
¿Energía oscura, radiación oscura o materia oscura?
Riess propuso una serie de posibles explicaciones «oscuras» para este desajuste astronómico. Sugirió que la energía oscura [7] podría estar arrastrando galaxias separadas con mayor fuerza o con creciente fuerza. La aceleración no tendría un valor constante en este caso.
Otra explicación viene de los pequeños «neutrinos estériles» [8]. Este nuevo tipo de partícula subatómica viajaría a una velocidad próxima a la de luz y sólo se vería afectada por la gravedad. Los neutrinos estériles formarían la «radiación oscura», que no interactúa con ninguna de las fuerzas fundamentales en el Modelo Estándar de la física de partículas.
Una tercera posibilidad sugiere que la escurridiza materia oscura -invisible y no compuesta de protones, neutrones y electrones como los de los átomos comunes— tiene una relación más fuerte con la materia normal o la radiación de lo que se creía anteriormente.
Esos escenarios cambiarían la comprensión de los científicos del universo primitivo y socavarían la constante del Hubble basada en tales mediciones, algo que podría aclarar la discrepancia entre los resultados de Planck y estos nuevos resultados.
El equipo sigue esforzándose por obtener mediciones cósmicas aún más precisas. Utilizarán datos del Hubble y del observatorio espacial Gaia de la ESA (Agencia Espacial Europea) para afinar sus resultados. Stefano Casertano añadió: «Esta precisión es lo que se necesita para diagnosticar la causa de esta discrepancia».
Xarooch
Fuentes | Nesweek, otras fuentes y redacción propia. Traducción y adaptación por Xarooch.
Referencias que se citan:
[1] El telescopio espacial Hubble (HST por sus siglas en inglés), o simplemente Hubble, es un telescopio que orbita en el exterior de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593 km sobre el nivel del mar, con un período orbital entre 96 y 97 min. Denominado de esa forma en honor del astrónomo Edwin Hubble, fue puesto en órbita el 24 de abril de 1990 en la misión STS-31 y como un proyecto conjunto de la NASA y de la Agencia Espacial Europea inaugurando el programa de Grandes Observatorios. El telescopio puede obtener imágenes con una resolución óptica mayor de 0,1 segundos de arco. [...]
Fuentes | Nesweek, otras fuentes y redacción propia. Traducción y adaptación por Xarooch.
Referencias que se citan:
[1] El telescopio espacial Hubble (HST por sus siglas en inglés), o simplemente Hubble, es un telescopio que orbita en el exterior de la atmósfera, en órbita circular alrededor de la Tierra a 593 km sobre el nivel del mar, con un período orbital entre 96 y 97 min. Denominado de esa forma en honor del astrónomo Edwin Hubble, fue puesto en órbita el 24 de abril de 1990 en la misión STS-31 y como un proyecto conjunto de la NASA y de la Agencia Espacial Europea inaugurando el programa de Grandes Observatorios. El telescopio puede obtener imágenes con una resolución óptica mayor de 0,1 segundos de arco. [...]
[2] La inflación cósmica de Alan Guth -universo inflacionario— 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 [...] (en lengua inglesa) [...]
[3] «La constante de Hubble» es la constante de proporcionalidad que aparece en la forma matemática de la ley de Hubble. Si bien en la formulación original, dicho parámetro aparecía como un número de valor fijo, los modelos cosmológicos relativistas en los que se basa el Big Bang sugerían que el parámetro de Hubble no era realmente una constante sino un parámetro que variaba lentamente con el tiempo, por eso modernamente muchos autores se refieren a la «constante de Hubble» más propiamente como el «parámetro de Hubble» [...]
[4] La teoría del Big Bang (también llamada Gran explosión) es el modelo cosmológico predominante para los períodos conocidos más antiguos del universo y su posterior evolución a gran escala. Afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y luego se expandió. Si las leyes conocidas de la física se extrapolan más allá del punto donde son válidas, encontramos una singularidad [...]
[5] La radiación de fondo de microondas (en inglés, cosmic microwave background o CMB) es una forma de radiación electromagnética descubierta en 1965 que llena el universo por completo. También se denomina radiación cósmica de microondas, radiación cósmica de fondo o radiación del fondo cósmico [...]
[6] Pársec: El pársec o parsec (símbolo pc) es una unidad de longitud utilizada en astronomía. Su nombre se deriva del inglés parallax of one arc second (paralaje de un segundo de arco o arcosegundo). En sentido estricto, pársec se define como la distancia a la que una unidad astronómica (UA) subtiende un ángulo de un segundo de arco (1"). En otras palabras, una estrella dista un pársec si su paralaje es igual a 1 segundo de arco entre el Sol y la Tierra.
De la definición resulta que:
1 pársec = 206.265 ua = 3,2616 años luz = 3,0857 × (10^16) m [...]
[7] En cosmología física, la energía oscura es una forma de energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva [...]
[8] Los neutrinos estériles son un hipotético tipo de neutrino que no interaccionan a través de ninguna de las interacciones fundamentales del Modelo Estándar excepto la gravedad [...]
[3] «La constante de Hubble» es la constante de proporcionalidad que aparece en la forma matemática de la ley de Hubble. Si bien en la formulación original, dicho parámetro aparecía como un número de valor fijo, los modelos cosmológicos relativistas en los que se basa el Big Bang sugerían que el parámetro de Hubble no era realmente una constante sino un parámetro que variaba lentamente con el tiempo, por eso modernamente muchos autores se refieren a la «constante de Hubble» más propiamente como el «parámetro de Hubble» [...]
[4] La teoría del Big Bang (también llamada Gran explosión) es el modelo cosmológico predominante para los períodos conocidos más antiguos del universo y su posterior evolución a gran escala. Afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad y luego se expandió. Si las leyes conocidas de la física se extrapolan más allá del punto donde son válidas, encontramos una singularidad [...]
[5] La radiación de fondo de microondas (en inglés, cosmic microwave background o CMB) es una forma de radiación electromagnética descubierta en 1965 que llena el universo por completo. También se denomina radiación cósmica de microondas, radiación cósmica de fondo o radiación del fondo cósmico [...]
[6] Pársec: El pársec o parsec (símbolo pc) es una unidad de longitud utilizada en astronomía. Su nombre se deriva del inglés parallax of one arc second (paralaje de un segundo de arco o arcosegundo). En sentido estricto, pársec se define como la distancia a la que una unidad astronómica (UA) subtiende un ángulo de un segundo de arco (1"). En otras palabras, una estrella dista un pársec si su paralaje es igual a 1 segundo de arco entre el Sol y la Tierra.
De la definición resulta que:
1 pársec = 206.265 ua = 3,2616 años luz = 3,0857 × (10^16) m [...]
[7] En cosmología física, la energía oscura es una forma de energía que estaría presente en todo el espacio, produciendo una presión que tiende a acelerar la expansión del universo, resultando en una fuerza gravitacional repulsiva [...]
[8] Los neutrinos estériles son un hipotético tipo de neutrino que no interaccionan a través de ninguna de las interacciones fundamentales del Modelo Estándar excepto la gravedad [...]