miércoles, 3 de junio de 2015

El lado oscuro del universo

Eje 4.
Actividad 1.
Texto académico. 


“¿Se está acelerando la expansión del universo? ¿Eso es posible? ¿No debería estar frenándose esa expansión?” fueron las preguntas que tal vez se hicieron los miembros de los equipos Schmidt y Perlmutte después de percatarse de que el universo no solo se sigue expandiendo, sino que esta expansión se está acelerando. Es como si lanzáramos algún objeto al aire, digamos una moneda, una piedra o un balón de fútbol, y en vez de que desacelere y caiga nuevamente al suelo, como es normal, empiece a acelerarse cada vez más. Lógicamente sería una sorpresa enorme para nosotros y naturalmente tendríamos que encontrar una explicación a este fenómeno.  

Antes de que estos dos equipos (Schmidt y Perlmutte) hicieran este enorme descubrimiento tuvieron aplicarse muchos métodos y teorías, pues todo empezó con la medición de la distancia que hay entre la Tierra y las estrellas; medir su luminosidad ayudados por un patrón que se encuentre en la galaxia que se esté estudiando. Estos patrones de luminosidad ayudaron a que el astrónomo estadounidense Edwin Hubble calculara la distancia de 90 galaxias (en ese entonces llamadas “nebulosas espirales”) comparándolas después con los estudios que hicieron otros astrónomos.

Los resultados de dichos estudios arrojaron que por alguna razón la luz de una galaxia se ve más roja cuando se aleja y más azul cuando se acerca, a esto se le conoce como corrimiento al rojo; los astrónomos de principios del siglo XX descubrieron entonces que todas las galaxias (exceptuando las más cercanas) presentaban este fenómeno, es decir, que se estaban alejando entre si.

Comparando los datos del corrimiento al rojo con los de distancia de las galaxias, Hubble descubrió que cuanto más lejos está una galaxia más rápido se aleja, y que hay una relación directa entre la distancia y la velocidad. Ésta es actualmente la Ley de Hubble, que se interpreta como la expansión del universo; este descubrimiento condujo a la teoría del Big Bang del origen del universo.

El modelo de la teoría del Big Bang fue ajustándose conforme se realizaban más experimentos, por ejemplo, en la década de los 80 se añadió el concepto de inflación que explica la hipótesis de que en la primera fracción de segundo el universo pasara de un tamaño menor a un átomo al de una toronja en un tiempo brevísimo.

La geometría del espacio fue una de las predicciones más importantes del modelo inflacionario, ya que si el espacio es plano (según la geometría eucladiana) lo ángulos trazados entre tres puntos cualesquiera sumarán 180 grados. Esto está relacionado con la teoría de la relatividad, publicada por Einstein en 1916, en la que se describe la forma global del universo y que permite dos posibilidades: la curvatura positiva del espacio en la que los ángulos suman 180 y la otra  es la curvatura negativa. Todo depende de que tan fuerte la fuerza de gravedad jale al espacio. La conclusión sería entonces que el universo seguiría expandiéndose sin detenerse o que un día se detuviera la expansión y se invirtiera, y ésta teoría que fue muy aceptada entre los cosmólogos exigía una geometría plana.

A mediados de la década de los 90 las teorías sobre la expansión del universo se basaban en el modelo inflacionario ubicando al cosmos en una geometría plana, a pesar de que la materia y energía en el universo no eran suficientes para producir la geometría plana que exigía este modelo. Por lo tanto se llegó a la conclusión de que había un universo “faltante”; el 75% de materia y energía no se sabía dónde estaba.

Fue en 1998 cuando cosmólogos de diferentes equipos de trabajo (Schmidt y Perlmutte) que estudiaban de manera independiente supernovas de tipo Ia anunciaron que la expansión del universo no disminuía, sino que estaba acelerándose cada vez más. Las supernovas son utilizadas como un patrón para determinar distancias entre las galaxias, esto porque son extremadamente brillantes. Los dos equipos compararon la distancia de las supernovas descubriendo el corrimiento al rojo de la galaxia estudiada, que se veía 25% más tenue de lo que le correspondía en el caso de que la expansión se fuera frenando. Descartaron fuentes de posibles errores y concluyeron que el universo no se está frenando, sino al contrarío, se está acelerando. Este descubrimiento tuvo implicaciones, sobretodo en el cálculo de la edad del universo, ya que resulta más antiguo.

La aceleración de la expansión del universo se interpretó como algo capaz de superar la fuerza gravitacional, por lo que entonces existe más energía y materia de la que se creía en el universo; a éste fenómeno se le llamo energía oscura.

Una de las explicaciones posibles de esta energía oscura recurre a la constante cosmológica, una propiedad intrínseca del espacio (el universo es así y no se puede hacer nada). También se ha propuesto la posibilidad es que la energía provenga de otro tipo de campo, es decir, algo similar a los campos eléctricos y magnéticos, algunos cosmólogos lo llaman quintaescencia, que en vez de generar atracción hace todo lo contrario. Las diferencias entre estas dos posibilidades es que la constante cosmológica no interactúa con la materia y no cambia valor entre la distancias, en cambio la quintaescencia si interactúa con la materia y cambia el valor.

 

En conclusión, la energía oscura está conduciendo al universo a un final en el que los escenarios para la vida serán nulos dentro de miles de millones de años. En resumen, el cosmos seguirá expandiéndose hasta que las galaxias estén tan distanciadas que no podrán ser visibles entre ellas, poco a poco los elementos que integran a la galaxia también se irán separando sucesivamente hasta que llegue el momento en que los átomos se desmenuzarán y el universo se habrá esfumado.

Fuentes:
De Régules, S. (2003). El lado oscuro del universo. ¿Cómo ves?, N°. 58, (Pp. 10-15). México: UNAM. Recuperado el 13/04/15, de: http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/58/el-lado-oscuro-del-universo
Heras, Antonio (2013). La aceleración de la expansión y la energía oscura. Introducción a la astronomía y astrofísica. Página personal de Antonio Heras. Recuperado de: http://antonioheras.com/el_universo/aceleracion-expansion-energia-oscura.htm
Pérez Torres, Miguel A. (2002). El universo acelerado. Revista IAA, Nº 36, (Pp 11-13). España: IAA-CSIC. Recuperado de: http://www-revista.iaa.es/36/el-universo-acelerado

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