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¿La masa perdida? ¿O no entendemos nada?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en General    ~    Comentarios Comments (1)

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La materia perdida del Universo estaría a 400 millones de ...

 Recreación artística del WHIM en la Pared del Escultor. Fuente: NASA.

                                                                         La masa perdida

La materia perdida del Universo estaría a 400 millones de años luz de la Tierra

El hallazgo fue posible gracias a observaciones de rayos X en el borde de un agujero negro

Un equipo de científicos ha encontrado evidencias de la “materia perdida” en el Universo cercano utilizando dos telescopios de rayos X (el Chandra y el XMM-Newton). Esta materia, compuesta por gas caliente difuso conocido como WHIM (medio intergaláctico templado-caliente), ha sido uno de los persistentes misterios cosmológicos de los últimos tiempos.

Para obtener estos resultados, los investigadores analizaron la luz de rayos X procedente de un lugar del cosmos que se encuentra a 400 millones de años luz de la Tierra.

La masa perdida, o, que no entendemos nada? : Blog de Emilio ...

La masa perdida o que no entendemos nada

Misterio y predicción

La materia perdida está compuesta por bariones, una familia de partículas subatómicas (como protones o neutrones) presente también en la Tierra, las estrellas, las galaxias, etc.

Hasta ahora, las mediciones realizadas de nubes de gas distantes y galaxias habían proporcionado una buena estimación de la cantidad de esta materia presente en el Universo cuando éste tenía sólo unos pocos miles de millones de años.

 

Miden con precisión la cantidad total de materia en el universo | Noticias  de la Ciencia y la Tecnología (Amazings® / NCYT®)

Aquí nos hemos hecho un cuadro de lo que podría ser

Sin embargo, un recuento del universo cercano mucho más antiguo ha revelado siempre sólo alrededor de la mitad de la materia normal presente en él, lo que ha supuesto una deficiencia demasiado amplia en las estimaciones.

Según publica la NASA en un comunicado, el misterio era, por tanto, dónde residía la materia perdida del universo cercano.

En predicciones anteriores se había establecido que la mayoría de ella debía encontrarse en forma de gas difuso y caliente, bautizado como Warm-Hot Intergalactic Medium (WHIM) (“medio intergaláctico templado-caliente”).

WHIM estaría compuesto por el material generado a partir de la formación de las galaxias. Sin embargo, hasta ahora, había sido difícil de captar debido a que la materia que lo compone es tan difusa que las propias observaciones lo atraviesan.

                     

densidad crítica del universo

 

“Los valores de las densidades de materia bariónica son: La densidad crítica es: Esto equivale a unos 5.6 átomos de hidrógeno por m3 para h=0.7. Esto significa que la densidad media del Universo hoy es 0.1 átomos por m3 o unos 300 átomos dentro de un volumen comparable a una piscina olímpica pequeña (50x25x2=2500 m3).”

La idea de la masa perdida se introdujo porque la densidad observada de la materia en el universo está cerca del valor crítico (10-29 g/cm3). Sin embargo, hasta comienzo de los ochenta, no hubo una razón teórica firme para suponer que el universo tenía efectivamente la masa crítica. En 1981, Alan Guth, publicó la primera versión de una teoría que desde entonces se ha conocido como “universo inflacionista”. desde entonces la teoría ha sufrido cierto número de modificaciones técnicas, pero los puntos centrales no han cambiado. Lo cierto es que la idea del universo inflacionista, estableció por primera vez una fuerte presunción de que la masa del universo tenía realmente el valor crítico.

 

File:End of universe.jpg

 

Diagrama de las tres posibles geometrías del universo: cerrado, abierto y plano, correspondiendo a valores del parámetro de densidad Ω0 mayores que, menores que o iguales a 1 respectivamente. En el universo cerrado si se viaja en línea recta se llega al mismo punto, en los otros dos no. ( Ω es lo que los cosmólogos llaman el Omega Negro, es decir, la cantidad de materia que hay en el Universo).

La predicción de Guht viene de las teorías que describen la congelación de la fuerza fuerte en el segundo 10-35 del Big Bang. Entre los muchos otros procesos en marcha en ese tiempo estaba una rápida expansión del universo, un proceso que vino a ser conocido como inflación. Es la presencia de la inflación la que nos lleva a la predicción de que el universo tiene que ser plano.

 

El proceso mediante el cual la fuerza nuclear fuerte se congela es un ejemplo de un cambio de fase, similar en muchos aspectos a la congelación del agua. Cuando el agua se convierte en hielo, se expande; una botella de leche explotará si se deja en el exterior una noche fría del crudo invierno. No debería ser demasiado sorprendente que el universo se expanda del mismo modo al cambiar de fase.
Lo que sí sorprende es la enorme magnitud de la expansión. El tamaño del universo aumentó en un factor no menor de 1050. Este número es tan inmenso que virtualmente no tiene significado para la mayoría de la gente. Y es lógico que así sea, ya que, si su altura aumentase de repente en un factor tan grande como ése, se extendería de un extremo del universo al otro y les faltaría sitio. Incluso un solo protón de un solo átomo de su cuerpo, si sus dimensiones aumentaran en 1050, sería mayor que el universo.
En 10-35 segundos, el universo pasó de algo con un radio de curvatura mucho menor que la partícula elemental más pequeña a algo con el tamaño de una buena naranja. No es extraño que el nombre inflación esté ligado a este proceso en un cambio de fase tan descomunalmente inusual.
Todas estas ideas han dado lugar a que los científicos se planteen el problema de la clase de universo en el que vivimos, y, se ha llegado a la conclusión de que será el que determine la cantidad de materia que contenga, es decir, conforme lo determine Ω, signo que significa toda la masa que contiene el universo y que será la que determine su geometría final y también, qué clase de final le espera en función de ese parámetro que llamamos Densidad Crítica del Universo y que según las medidas más afinadas está en 10-29 g/cm3.
Claro que cuando uno lee estas cosas y le dicen que el universo sufrío una expansión de tal magnitud, no se puede sustraer a la pregunta: ¿No violaría un crecimiento tan rápido las reglas de Einstein contra viajar más rápido que la luz? Si un cuerpo material viajó de un extremo de una naranja al otro en 10-35segundos, su velocidad excedió la de la luz en una cantidad muy considerable.
Claro que la respuesta a tal objeción la podemos encontrar, de manera simple y sencilla, en un globo que tiene dibujadas algunas galaxias. A medida que le añadimos aire y el globo se hincha (se expande), podemos apreciar cómo las galaxias se van separando las unas de las otras. Sin embargo, no son las galaxias las que viajan velozmente a medida que el aire entra en el globo, sino que es, el espacio mismo dentro del globlo el que se infla haciendo que las galaxias se muevan y dando la sensación de que son éstas las que corren, cuando, en realidad, es el espacio el que se está expandiendo. Ningún cuerpo material, ninguna de las galaxias se mueve a altas velocidades en el espacio. Las reglas contra el viaje a velocidad mayor que la luz sólo se aplica al movimiento dentro del espacio, no al movimiento del espacio mismo. Así que, nunca se ha violado la regla impuesta por la relatividad especial y la velocidad de la luz es una constante del universo inviolable.
Resultado de imagen de La presencia de masa arruga el Espacio
La consecuencia de la rápida expansión se puede describir mejor con referencia a la visión einsteniana de la gravitación. Antes de que el universo tuviera 10-35 segundos de edad, es de suponer que había algún tipo de distribución de la materia (su forma precisa no importa). A causa de esta materia, el espacio-tiempo tendrá alguna forma característica. Podríamos suponer que estaba algo arrugado o banboleado, es decir, no era uniforme y en presencia de materia se curvaba en función de la masa allí presente. Pero llegó la inflación y comenzó una especie de estiramiento del espacio-tiempo que dejó al universo como lo podemos ver hoy, es decir, según la materia que parece que contiene, es casi perfectamente plano por lo general.

Se ha tratado de medir la Densidad Crítica del Universo para poder saber en qué clase de universo estamos y, parece que es plano.

 

Universo cerrado

Astrofísica - Universo con curvatura positiva (esférico o... | Facebook

 

Si Ω>1, entonces la geometría del espacio sería cerrada como la superficie de una esfera. La suma de los ángulos de un triángulo exceden 180 grados y no habría líneas paralelas. Al final, todas las líneas se encontrarían. La geometría del universo es, al menos en una escala muy grande, elíptico.

En un universo cerrado carente del efecto repulsivo de la energía oscura, la gravedad acabará por detener la expansión del universo, después de lo que empezará a contraerse hasta que toda la materia en el universo se colapse en un punto. Entonces existirá una singularidad final llamada el Big Crunch, por analogía con el Big Bang. Sin embargo, si el universo tiene una gran suma de energía oscura (como sugieren los hallazgos recientes), entonces la expansión será grande.

 

Cuál es la forma del universo, ¿plana, esférica o como una silla de montar?  - LA NACION

                        Universo abierto

Si Ω<1, la geometría del espacio es abierta, p.ej., negativamente curvada como la superficie de una silla de montar. Los ángulos de un triángulo suman menos de 180 grados (llamada primera fase) y las líneas paralelas no se encuentran nunca equidistantes, tienen un punto de menor distancia y otro de mayor. La geometría del universo sería hiperbólica.

Incluso sin energía oscura, un universo negativamente curvado se expandirá para siempre, con la gravedad apenas ralentizando la tasa de expansión. Con energía oscura, la expansión no sólo continúa sino que se acelera. El destino final de un universo abierto es, o la muerte térmica” o “Big Freeze” o “Big Rip”,  dónde la aceleración causada por la energía oscura terminará siendo tan fuerte que aplastará completamente los efectos de las fuerzas gravitacionales, electromagnéticas y los enlaces débiles.

                           Universo plano

 

Si la densidad media del universo es exactamente igual a la densidad crítica tal que Ω=1, entonces la geometría del universo es plana: como en la geometría euclidiana,  la suma de los ángulos de un triángulo es 180 grados y las líneas paralelas nunca se encuentran.

Sin energía oscura, un universo plano se expande para siempre pero a una tasa continuamente desacelerada: la tasa de expansión se aproxima asintóticamente a cero. Con energía oscura, la tasa de expansión del universo es inicialmente baja, debido al efecto de la gravedad, pero finalmente se incrementa. El destino final del universo es el mismo que en un universo abierto, la muerte caliente del universo, el “Big Freeze” o el “Big Rip”. En 2005, se propuso la teoría del destino del universo Fermión-Bosón,  proponiendo que gran parte del universo estaría finalmente ocupada por condensado de Bose-Einstein  y la quasipartícula análoga al fermión,  tal vez resultando una implosión. Muchos datos astrofísicos hasta la fecha son consistentes con un universo plano.

 

Resultado de imagen de Simulación del Big Rip

             Simulación del Big Rip
En un Universo abierto, la relatividad general predice que el Universo tendrá una existencia indefinida, pero con un estado donde la vida que se conoce no puede existir. Bajo este escenario, la energía oscura causa que las tasa de expansión del universo se acelere.  Llevándolo al extremo, una aceleración de la expansión eterna significa que toda la materia del Universo, empezando por las galaxias y eventualmente todas las formas de vida, no importa cuán pequeñas sean, se disgregarán en partículas elementales  desligadas. El estado final del Universo es una singularidad, ya que la tasa de expansión es infinita.
File:Big crunch.png
      El Big Crunch. El eje vertical se puede considerar como tiempo positivo o negativo

La teoría del Big Crunch es un punto de vista simétrico del destino final del Universo. Justo con el Big Bang empezó una expansión cosmológica, esta teoría postula que la densidad media del Universo es suficiente para parar su expansión y empezar la contracción. De ser así, se vería cómo las estrellas tienden a ultravioleta, por efecto Doppler.  El resultado final es desconocido; una simple extrapolación sería que toda la materia y el espacio-tiempo en el Universo se colapsaría en una singularidad espaciotemporal adimensional, pero a estas escalas se desconocen los efectos cuánticos necesarios para ser considerados -se aconseja mirar en Gravedad-Cuántica-..

 

El Big Crunch: el fin de nuestro universo (o su comienzo)

El Big Crunch: el fin de nuestro universo (o su nuevo comienzo)

Este escenario permite que el Big Bang esté precedido inmediatamente por el Big Crunch de un Universo precedente. Si esto ocurre repetidamente, se tiene un universo oscilante. El Universo podría consistir en una secuencia infinita de Universos finitos, cada Universo finito terminando con un Big Crunch que es también el Big Bang del siguiente Universo. Teóricamente, el Universo oscilante no podría reconciliarse con la segunda ley de la termodinámica:

 

Big Rip: pruebas científicas sugieren que el Universo se dirige hacia un  final violento | History Latinoamérica

Son nuevos hallazgos astronómicos que sorprenden a los científicos con evidencias de que el Big Rip probablemente ocurra. Dicen que pruebas científicas afirman que el Universo se dirige hacia un final violento.

¿Están debidamente contrastadas dichas pruebas?

 

La Entropía. – CosmoCentrismos (Informa)

La “muerte caliente” del universo se da cuando este alcanza un estado de máxima entropía. Esto acaece cuando toda la energía se ha movido a lugares de menor energía, y todo el universo se encuentra en equilibrio térmico. Una vez esto ha sucedido, cesa el flujo de energía.

la entropía aumentaría de oscilación en oscilación y causaría la muerte caliente. Otras medidas sugieren que el Universo no es cerrado. Estos argumentos indujeron a los cosmólogos a abandonar el modelo del Universo oscilante. Una idea similar es adoptada por el modelo cíclico, pero esta idea evade la muerte caliente porque de una expansión de branas se diluye la entropía acumulada en el ciclo anterior.

La entropíaes el grado de desorden y de caos2 que existe en la naturaleza. Es el segundo principio de la termodinámica que puede definirse esquemáticamente como el “progreso para la destrucción” o “desorden inherente a un sistema”. Este principio establece que a cada instante el Universo se hace más desordenado.

 

Resultado de imagen de Recreación artística del WHIM en la Pared del Escultor. Fuente: NASA.La Entropía | Blog de Jose Antonio Martin

En un sistema cerrado como el Universo, la Entropía siempre aumenta y trae el desorden

Como podéis comprobar por todo lo anteriormente leído, siempre estamos tratando de saber en qué universo estamos y pretendemos explicar lo que pudo pasar desde aquel primer momento que no hemos podido comprender de manera exacta y científicamente autosuficiente para que sea una ley inamovible del nacimiento del universo. Simplemente hemos creado modelos que se acercan de la mejor manera a lo que pudo ser y a lo que podría ser.

 

Investigadores dicen que el Universo no tiene principio ni fin

El Final del Universo no se conoce, todo son conjetura

Cuando pasen algunos miles de millones de años más, no sabemos que será del Universo ni que rumbo habrán tomado las cosas, toda vez que, el Universo es dinámico y cambiante. Si todo sigue como ahora lo podemos contemplar, lo que parece es que vamos, sin remisión, hacia una muerte térmica del Universo en el que el espacio continuará expandiéndose y las galaxias se alejaran las unas de las otras hasta que, la entropía deje sin energía a todo el universo que, como sistema cerrado, se verá abocado a quedar estático, en el frío más profundo de los -273,15  ºC. Allí, entonces, nada se moverá, ni los átomos tendrán la posibilidad de que sus componentes se muevan.
Claro que, nada de todo lo anterior… ¡lo podemos asegurar!
Emilio Silvera V.
 

  1. 1
    Emilio Silvera
    el 21 de abril del 2018 a las 10:07

    Es curioso el hecho de que, hemos desvelado grandes secretos del Universo, sabemos como funcionan las cosas y la dinámica que lo rige, las fuerzas que están presentes y el ámbito de actividad de todas ellas, y, de la misma manera, sabemos de la existencia de unas constantes que hacen de nuestro Universo el que podemos observar. Sin embargo, sobre el principio y el final del Universo, solo podemos especular, construir Modelos, y tratar de atisbar como empezó todo y también, como podría terminar.

    Nada es Eterno, todo comienza y termina, cada cosa en su contexto propio viene con un Tiempo pre-determinado. Así, una estrella vive miles de millones de años y, nosotros, sólo unas pocas decenas de años, y, sin embargo, a pesar de nuestra efímera existencia, parece que podemos ser de más transcendencia de una estrella.Nosotros sentimos, tenemos ideas, imaginamos y creamos y, sobre todo, poseemos sentimientos, la estrella en todos esos sentidos podríamos decir que es inerte, que no siente ni padece y que, realiza sus funciones de fusionar elementos hasta que, agotado el proceso, se convierte en otra cosa distinta de lo que fue.

    Sí, es mucho lo que no sabemos.

    Responder

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