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La medida más precisa de la expansión del Universo

10 enero, 2020 Jose Vicente Díaz Martínez Deja un comentario

Los miembros del equipo H0LiCOW (Lentes H0 en Wellspring de COSMOGRAIL) han usado el telescopio espacial Hubble y una técnica novedosa para medir la expansión del universo, un valor llamado constante de Hubble.

El valor obtenido representa la medición más precisa hasta ahora utilizando el llamado método de lente gravitacional, donde la gravedad de una galaxia en primer plano actúa como una lente de aumento gigantesca, amplificando y distorsionando la luz de los objetos de fondo. Este último estudio los investigadores emplearon la física exótica de las lentes gravitacionales para calcular la tasa de expansión del universo.

*Probability distribution of the 6 lenses of the H0LiCOW sample presented in* H0LICOW XIII. Figure credits : Martin Millon/Vivien Bonvin.

El resultado fortalece aún más una preocupante discrepancia entre la tasa de expansión calculada a partir de las mediciones del universo local y la tasa predicha por la radiación de fondo en el universo temprano, un tiempo antes de que existieran galaxias y estrellas. El nuevo estudio agrega evidencia a la idea de que pueden ser necesarias nuevas teorías para explicar lo que los científicos están encontrando.

Podéis acceder al estudio en el siguiente enlace:

https://shsuyu.github.io/H0LiCOW/site/

Créditos: NASA, ESA, S.H. Suyu (Instituto Max Planck de Astrofísica, Universidad Técnica de Munich, e Instituto de Astronomía y Astrofísica Academia Sínica), y K.C. Wong (Instituto Kavli de la Universidad de Tokio para la Física y las Matemáticas del Universo)

¿Qué es la constante de Hubble?

El corrimiento al rojo o desplazamiento hacia el rojo (también llamado redshift, “z”) ocurre cuando la radiación electromagnética, emitida o reflejada por un objeto es desplazada hacia el rojo al final del espectro electromagnético.

El corrimiento al rojo de las galaxias es la consecuencia de su alejamiento, el cual fue descubierto en los años 20 por el astrónomo norteamericano Edwin Hubble. El carácter no estacionario de todo el sistema de galaxias del Universo había sido demostrado teóricamente por A. Fridman, uno de los fundadores de la cosmología moderna.

Según la ley pronosticada por la teoría de Fridman y demostrada por Hubble en sus observaciones, las galaxias se alejan de nosotros a velocidades v proporcionales a las distancias d hasta ellas, conforme más alejadas están mayor es el valor de la velocidad, para las galaxias próximas se demuestra que:

v = H d

Donde H es el coeficiente de proporcionalidad (constante de Hubble) que se determina a partir de observaciones.

Esta ley es consistente con el principio cosmológico y muestra que no hay observadores privilegiados en el Universo. A causa del efecto Doppler, el alejamiento de las galaxias provoca el desplazamiento de sus lineas de emisión hacia el lado rojo del espectro. La dependencia del corrimiento al rojo z (desplazamiento de la frecuencia en el espectro electromagnético) de la velocidad de alejamiento v se expresa mediante la siguiente formula:

z = v/c (c es la velocidad de la luz)

Sí en esa formula introducimos la ley de Hubble, obtenemos la formula básica que se utiliza para determinar las distancias hasta las galaxias y cúmulos estelares:

z = Hd / c

Calculadora cosmológica

Aunque los seres humanos estamos familiarizados con la distancia y el tiempo, lo que se mide realmente para los objetos astronómicos es el llamado corrimiento al rojo o redshift, este como hemos visto es un desplazamiento de color que depende exactamente de cómo ha variado la densidad de nuestro universo.

Ahora es posible hacer una simple tabla relacionando el desplazamiento al rojo cosmológico observado,”z”, con los conceptos estándar de distancia y el tiempo. Así podemos hacer la tabla que podéis ver a continuación, donde el corrimiento al rojo z aparece en las primeras y últimas columnas, mientras que la correspondiente edad universal en miles de millones de años aparece en la columna central. Con una simple regla podréis saber sobre la tabla la edad del universo según su z.

Donde:

• z – corrimiento al rojo (redshift);
• H – valor actual de la constante de Hubble, km / s / Mpc;
• r comov – distancia comóvil, MPC;
• dm – módulo de la distancia;
• age– la edad del Universo, Gyr;
• time – el tiempo al pasado, Gyr;
• size 1 “- tamaño físico de un objeto que es visto como un 1” de arco en el cielo, kpc;
• angle de 1 kpc – tamaño angular con tamaño físico 1 kpc, segundos de arco

Para saber más:

Paper-and-pencil cosmological calculator

astronomía,Cosmología

Viajando por el tiempo y el espacio: Agujeros de Gusano

16 noviembre, 2017 Jose Vicente Díaz Martínez Deja un comentario

Un agujero de gusano es una entidad teórica permitida por la teoría de la relatividad general de Einstein en la cual la curvatura del espacio-tiempo conecta dos ubicaciones (o tiempos) distantes en el espacio. El nombre agujero de gusano fue acuñado por el físico teórico estadounidense John A. Wheeler en 1957, basado en una analogía de cómo un gusano podría hacer un agujero desde un extremo de una manzana a través del centro hasta el otro extremo, creando así un “atajo” a través del espacio intermedio.

El concepto más común de un agujero de gusano es el llamado puente de Einstein-Rosen, formalizado por primera vez por Albert Einstein y Nathan Rosen en 1935. Estos caminos, llamados puentes de Einstein-Rosen o agujeros de gusano , conectan dos puntos diferentes en el espacio-tiempo. Estos caminos teóricamente crean un atajo que reduce el tiempo y la distancia de viaje.

Los agujeros de gusano contienen dos bocas, con una garganta que conecta las dos. La boca probablemente sea esferoidal. La garganta puede ser un tramo recto, pero también puede estar retorcido.

En 1962, John A. Wheeler y Robert W. Fuller pudieron demostrar que tal agujero de gusano colapsaría instantáneamente después de la formación, entonces ni siquiera la luz pasaría. En un artículo de 1988, los físicos Kip Thorne y Mike Morris propusieron que ese agujero de gusano podría estabilizarse al contener alguna forma de materia o energía negativa (a veces llamada materia exótica ).

Todavía hay mucha especulación sobre si es posible que los agujeros de gusano realmente existan y, de ser así, qué propiedades realmente poseerían.

La ciencia ficción está llena de historias de viajes a través de agujeros de gusano . Pero la realidad de tal viaje es más complicada. El tamaño es un gran problema. Se predice que los agujeros de gusano existen a niveles microscópicos de aproximadamente 10 ^-33centímetros. Pero con un universo en expansión puede que sean de un tamaño mayor.

Otro problema proviene de la estabilidad . Los agujeros de gusano predichos de Einstein-Rosen serían inútiles para viajar porque se colapsan rápidamente. Pero investigaciones más recientes dicen que un agujero de gusano que contenga materia “exótica” podría permanecer abierto e invariable por períodos de tiempo mucho más largos. La materia exótica, no la materia oscura o la antimateria, contiene densidad de energía negativa y una gran presión negativa. Si un agujero de gusano contenía suficiente materia exótica, ya sea natural o artificialmente agregada, podría usarse como un método para transmitir información a un destino lejano o para enviar viajeros a través del espacio .

La tecnología de hoy es insuficiente para agrandar o estabilizar agujeros de gusano, en el caso de que encontráramos uno. Sin embargo, los científicos continúan explorando el concepto como un método de viaje espacial con la esperanza de que la tecnología futura pueda aprovecharlo.

Ejemplos en el cine:

Los agujeros de gusano son muy conocidos por su aparición en la ciencia ficción. La serie de televisión Star Trek , por ejemplo, habla de la existencia de un agujero de gusano estable y transversal que conectaba el “Cuadrante Alfa” de nuestra galaxia (que contiene la Tierra) con el distante “Cuadrante Gamma”. De manera similar, películas como Sliders y Stargate han usado el concepto de agujeros de gusano como medio para viajar a otros universos o galaxias distantes. Da mucho de sí este curioso objeto, el momento sublime y muy bien explicado está en la preciosa película Interstellar, en el que atraviesan un agujero de gusano en forma de esfera y viajan hasta otra galaxia. Una pelicula que todo amante del cosmos debería ver.

Tal vez en un futuro, de momento bastante lejano, podamos detectar o tal vez crear uno, pero… aun tiene que aumentar mucho el conocimiento del cosmos. De momento tendremos que conformarnos con viajar a otros mundos con la ciencia ficción.

Para saber más:

Agujeros negros ¿Qué son?

Interstellar, la película

astronomía,Cosmología

¿Qué es la materia oscura?

1 noviembre, 2017 Jose Vicente Díaz Martínez 5 comentarios

La materia oscura es una forma invisible de materia que compone la mayor parte de la masa del universo y forma su estructura subyacente. De echo en el Universo un 4.6 % es materia ordinaria, un 23 % es materia oscura, y un 72.4 % es energía oscura. La gravedad de la materia oscura permite que la materia normal en forma de gas y polvo formen estrellas y galaxias.

Los científicos calculan la masa de objetos grandes en el espacio estudiando su movimiento. Los astrónomos que examinaron galaxias espirales en la década de 1950 esperaban ver material en el centro moviéndose más rápido que en los bordes externos. En cambio, encontraron que las estrellas en ambas ubicaciones viajaban a la misma velocidad, lo que indica que las galaxias contenían más masa de la que se podía ver. Los estudios del gas dentro de las galaxias elípticas también indicaron la necesidad de más masa que la que se encuentra en los objetos visibles. Los cúmulos de galaxias se desintegrarían si la única masa que contenían fuera visible a las mediciones astronómicas convencionales.

Albert Einstein demostró que los objetos masivos en el universo se doblan y distorsionan la luz, lo que les permite ser utilizados como lentes. Al estudiar cómo la luz es distorsionada por los cúmulos de galaxias, los astrónomos han sido capaces de crear un mapa de la materia oscura en el universo. Todos estos métodos proporcionan una fuerte indicación de que la mayor parte de la materia en el universo es algo que aún no se ha visto. Por tanto aunque los astrónomos no pueden ver la materia oscura, sí pueden detectar su influencia mediante la observación de cómo la gravedad de galaxia masivas curvan y distorsiona la luz de las galaxias de fondo más distantes, un fenómeno conocido como lente gravitacional.

Estas imagenes capturadas por el Hubble muestran el cúmulo de galaxias masivas Cl 0024 + 17 (ZwCl 0024 + 1652). A la izquierda en luz visible se observan arcos azules de aspecto extraño que aparecen entre las galaxias amarillentas. Estas son las imágenes magnificadas y distorsionadas de galaxias situadas muy por detrás de la agrupación. Su luz se dobla y amplificada por la inmensa gravedad de la agrupación en un proceso llamado lente gravitacional. A la derecha, un matiz azul se añade para indicar la ubicación de material invisible llamada materia oscura. Créditos: NASA, ESA, MJ Jee y H. Ford (Universidad Johns Hopkins)

Aunque la materia oscura constituye la mayor parte de la materia del universo, solo representa aproximadamente una cuarta parte de la composición. El universo está dominado por la energía oscura.

Después del Big Bang, el universo comenzó a expandirse, los científicos pensaron que fruto de esa expansión se quedaría sin energía, disminuyendo la velocidad a medida que la gravedad atraía los objetos dentro de ella. Pero los estudios de supernovas distantes revelaron que el universo de hoy se está expandiendo más rápido de lo hacia en el pasado, no más lento, lo que indica que la expansión se está acelerando. Esto solo sería posible si el universo contiene suficiente energía para superar la gravedad: la energía oscura.