La expansión acelerada del Universo

  ¡Qué cosas! ¿Tantas maravillas tiene el Universo?

El Premio Nobelk de Física de 2011 se otorgó a los tres físicos que arriba podeis contemplar “por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo gracias a observaciones de supernovas lejanas”. Es sin duda una de los hallazgos más extraordinarios que nos ha ofrecido la cosmología desde el descubrimiento del fondo cósmico de radiación de microondas. Gracias a estas observaciones, ahora sabemos que el universo no sólo se expande sino que lo hace de forma acelerada, en contra de lo esperado si estuviera compuesto de materia ordinaria.

(Es curioso que, después de que los premios fuesen concedidos a estos físicos, ha salido un español que, según dice y ha sido publicado, tenía registrado el trabajo, o uno similar, al que ha valido el novel de 2.011 a estos de arriba. La polémica está en marcha).

Esta imagen compuesta muestra conglomerado de galaxias 1E 0657-56. Este conglomerado se formó despues del choque de dos grandes grupos de galaxias, el suceso más energético que se conoce en el universo luego del Big Bang. Lo cierto es que, cuando ese punto (singularidad) del que surgió todo, es decir, el nacimiento del Universo, mediante el llamado Big Bang, la expansión del universo fue exponencial y ciertamente tuvo que ser máyor que c, lo cual nos lleva a pensar en cómo pudieron formarse las galaxias, si todo se estaba expandiendo a tal velocidad, la materia no tendría que haberse podido aglomerar (juntar) para formarlas. ¡Es todo tan extraño!

Los astrónomos dicen que han encontrado las mejores pruebas hasta la fecha sobre la Materia Oscura, la misteriosa sustancia invisible que se cree constituye la mayor parte de la masa del universo. En la imagen de arriba han querido significar, diferenciándola en colores, las dos clases de materia, la bariónica y la oscura que, en este caso, sería la azulada -según dicen-. Sin embargo, la imagen no refleja la proporción que dicen existe entre la una y la otra.

Para poder comprender este resultado tan extraordinario, podríamos poner un ejemplo sencillo: Por ejemplo, si lanzamos una pelota con fuerza hacia arriba, ésta sale despedida en la medida de la fuerza que la impulsó, y, llegado a un punto, la Gravedad que ejerce la Tierra sobre ella, la hará caer de nuevo. Sin embargo, si lanzamos la pelota con mucha más fuerza, ésta podría vencer la gravedad terrestre y salir al espacio exterior y escapar a velocidades cada vez menores. Sin embargo, lo que han observado los investigadores que han recibido el Nobel en 2011, es que el universo no se comporta de esta manera. En lugar de frenarse conforme se expande, el universo parece expandirse de forma acelerada. En la analogía de la pelota, es como si esta, una vez escapara de la Tierra, se alejara con una velocidad cada vez mayor. De esta realidad observada, se deduce de manera clara que, sobre el Universo, está actuando una fuerza desconocida que lo atrae y supera la atracción gravitacional de toda la materia que contiene conocida por nosotros.

Pero antes de describir las observaciones, recapitulemos sobre lo que sabemos del universo hasta ahora. La expansión del universo fue descubierta en los años 20 del pasado siglo por Vesto Slipher, Knut Lundmark, Georges Lemaítre y Edwin Hubble. El ritmo de exdpansión depende del contenido de energía, y un universo que contiene sólo materia termina frenándose gracias a la fuerza de gravedad.

                     Las galaxias se alejan las unas de las otras ganando velocidad

Las observaciones de la recesión de las galaxias, así como de las abundancias de elementos ligeros, pero sobre todo del fondo de radiación de microondas, nos han permitido construir una imagen del universo en expansión, a partir de un origen extremadamente caliente y denso, que se va enfriando conforme se expande. Hasta hace unas décadas se creía que esa expansión era cada vez más lenta y se especulaba sobre la posibilidad de que eventualmente el universo “recolapsara”. Sin embargo, las observaciones de la luz que nos llega de supernovas a distancias astronómicas, de hasta siete mil millones de años-luz -hechas por dos colaboraciones independientes: El Supernovae Cosmology Project,  liderado por Saul Perlmutter, y el High Redshift Supernova Project,  de Brian Schmidt y Adam Riess- mostraron que actualmente el ritmo de expansión está acelerándose, en lugar de decelerarse.

La hipótesis más común para dar cuenta de la expansión acelerada del universo es asumir la existencia de un tipo de energía exótica llamada energía oscura. De acuerdo con los cálculos cuantitativos alrededor del 70% del contenido energético del Universo consistiría en energía oscura, cuya presencia tendría un efecto similar a una constante cosmológica de tipo expansivo como el observado; sin embargo, la naturaleza exacta de este tipo de energía es desconocida.Pero, ¿qué pasa con las observaciones realizadas?

Estas observaciones han sido posible gracias  a que las supernovas de tipo Ia son explosiones extraordinariamente violentas que se ven a enormes distancias y afortunadamente siguen un patrón de luminosidad característico, llegando a su máximo pocos días después de la explosión y a partir de ahí lentamnete decreciendo en luminosidad hasta que dejamos de verla. La relación entre la máxima luminosidad y el período de decrecimiento se puede calibrar con supernovas cercanas, de manera que midiendo estos períodos para muchas supernovas podemos deducir su distancvia a nosotros y de ahí el ritmo de expansión del universo desde el momento en que la supernova explotó hace miles de millones de años. Las medidas de las supernovas lejanas muestran no sólo que el universo se está expandiendo aceleradamente hoy día, sino también que en el pasado lo hacia de forma decelerada, lo que concuerda con nuestras predicciones basadas en la Teoría de Einstein.

En el contexto del Modelo estándar cosmológico, la aceleración se cree causada por la energía del vacío -a menudo llamada “energía oscura”- una componente que da cuenta de aproximadamente el 73% de toda la densidad de energía del universo. Del resto, cerca del 23%, sería debido a una forma desconocida de materia a la que llamamos “materia oscura”. Sólo alrededor del 4% de la densidad de la energía correspondería a la materia ordinaria, es decir, la que llamamos Bariónica, esa que emite radiación, la luminosa y de la que estamos nosotros constituidos, así como las estrellas, los mundos y las galaxias. Es, precisamente esa luz, la que nos permite adentrarnos en lo más profundo del universo desconocido, lejano y oscuro para poder saber, sobre estos misterios.

La energía del vacío es una clase de energía del punto cero existente en el espacio incluso en ausencia de todo tipo de materia. La energía del vacío tiene un origen puramente cuántico y es responsable de efectos físicos observables como el efecto Casimir y otros.

En nuestras vidas cotidianas, los efectos de la energía de vacío son ínfimos, diminutos, pero aún así detectables en pequeñas correcciones a los niveles de las energías de los átomos. En Teorías de campos relativistas, la energía de vacío está dada por una expresión matemáticamente idéntica y físicamente indistinguible de la famosa constante cosmológica, o por el contrario varia con el tiempo, algo que tendría consecuencias importantísimas para el destino del universo y que es un tema de investigación candente en cosmología, con varios experimentos propuestos para detectarlo.

Tipos de espacio según la densidad crítica del universo. Es decir, dependiendo del valor de Omega, tendremos un universo abierto, cerrado o plano. De momento, todos los indicios nos dicen que estamos  en un universo plano que se expandirá para siempre.

En fin amigos, el tema es interesante y lo continuaremos en otro momento…

Le he robado un rato al trabajo para dejar esta página en el Blog por estimarla de interés para que todos, estén al día de los últimos descubrimientos en relación al universo en el que vivímos y de lo que los científicos nos cuentan de vez en cuando que, no siempre (creo), coincide con la realidad.

emilio silvera