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Nuevas medidas de la Energía Oscura


Una nueva medida de lo rápidamente que se expande el universo no concuerda con las estimaciones basadas en los inicios del universo, apuntando potencialmente hacia una ruptura con el modelo estándar de la física. Así lo plantea un artículo del mes de Abril de 2016 del Scientific American.

Nuestro universo se separa, la galaxias se alejan unas de otras cada vez más rápidamente. Los científicos han conocido esta aceleración desde finales de la década de 1990, pero sea lo que sea lo que la esté provocando — algo conocido como energía oscura — sigue siendo un misterio. Ahora, las últimas medidas de lo rápidamente que crece el cosmos complican aún más el guión: el universo parece estar hinchándose más rápidamente de lo que debería, incluso tras tener en cuenta la expansión acelerada provocada por la energía oscura.

Los científicos llegaron a esta conclusión tras comparar las nuevas medidas de la velocidad de expansión cósmica, conocida como constante de Hubble, con las predicciones del valor de la constante de Hubble basándonos en las pruebas recopiladas a partir de los inicios del universo. El desconcertante conflicto — observado en datos previos y confirmados con los nuevos cálculos — implica que una de las dos medidas es incorrecta, o que la energía oscura, u otro aspecto de la naturaleza, actúa de forma diferente a lo que pensamos.

“La clave es que el universo parece que se expande un 8% más rápidamente de lo que se esperaría en base al aspecto que tenía en sus inicios, y a cómo esperamos que evolucione”, dice el autor principal del estudio Adam Riess, del Space Telescope Science Institute en Baltimore, Maryland. “Tenemos que tomarnos esto muy en serio”. Él y sus colegas describen sus hallazgos, basados en observaciones procedentes del Telescopio Espacial Hubble, en un artículo enviado la semana pasada a la revista Astrophysical Journal y publicado en el servidor de arXiv.

Una de las posibilidades más apasionantes es que la energía oscura sea aún más extraña de lo que sugiere la teoría predominante. La mayor parte de las observaciones apoyan la idea de que la energía oscura se comporta como una “constante cosmológica”, un término insertado por Albert Einstein en sus ecuaciones de la relatividad general, y que posteriormente eliminó. Este tipo de energía oscura surgiría a partir del espacio vacío, el cual, de acuerdo con la mecánica cuántica, no está vacío en absoluto, sino que está lleno de pares de partículas y antipartículas “virtuales” que aparecen y desaparecen constantemente. Estas partículas virtuales portarían energía la cual, a su vez, ejercería un tipo de gravedad negativa que empuja a todo el universo a separarse.

Sin embargo, la discrepancia en la constante de Hubble sugiere que la energía oscura podría realmente cambiar a través del espacio y el tiempo, provocando potencialmente una aceleración incremental del cosmos en lugar de una fuerza constante. Una teoría que propone este tipo de energía oscura es la conocida como quintaesencia, la cual propone que los resultados de la energía oscura no proceden del espacio vacío, sino de un campo que impregna el espacio-tiempo y que puede tomar distintos valores en distintos puntos.

Una explicación alternativa para la discrepancia, sin embargo, es que el universo contiene una partícula adicional más allá de las que conocemos. En particular, una nueva especie de neutrino — una partícula casi sin masa que aparece, que sepamos hasta ahora, en tres variedades — podría explicar la divergencia en las medidas de la constante de Hubble. Si existe un tipo adicional de neutrino, entonces más parte de la energía total del universo aparecería en forma de radiación, en lugar de materia. (Los neutrinos, debido a que casi no tienen masa, viajan prácticamente a la velocidad de la luz y, por tanto, cuentan como radiación en este cálculo). Mientras que la materia se agrupa bajo la gravedad, una mayor cantidad de radiación permitiría que el universo se expandiese más rápidamente de lo que lo haría en otro caso.

Y estas ideas son sólo dos de las posibles explicaciones a las medidas. Otra opción, por ejemplo, es que el universo no es plano, como se piensa, sino ligeramente curvado. Los teóricos están entusiasmados por todas estas ideas, y muchas más, pero los que trabajan en el experimento dicen que primero deben tratar de encontrar errores en sus medidas que pudiesen explicar la divergencia. “Básicamente, ¿hay algo en la cosmología que no comprendemos, o hay algo incorrecto en nuestro datos?”, dice Charles Bennett de la Universidad Johns Hopkins, que ha trabajado en las medidas de la constante de Hubble de los inicios del universo, y que no estuvo implicado en el último estudio. “Una opción es mucho más apasionante, pero creo que la otra es más probable”.

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Estudio de Energía Oscura en la Vía Láctea


Nuevos candidatos a galaxias enanas podrían indicar que nuestro cielo está más lleno de lo que se pensaba, en un Artículo publicado en Agosto de 2015 en Fermilab.

Los científicos que trabajan en el Dark Energy Survey (Estudio de Energía Oscura), usando una de las cámaras digitales más potentes del mundo, han descubierto ocho objetos celestes tenues que merodean cerca de nuestra galaxia de la Vía Láctea. Las señales indican que éstas, al igual que los objetos encontrados por el mismo equipo a principios de este año, probablemente son galaxias satélite enanas, el tipo de galaxia más pequeño y cercano.

Las galaxias satélite son pequeños objetos celestes que orbitan alrededor de galaxias mayores, como la Vía Láctea. Pueden encontrarse galaxias enanas de menos de 1000 estrellas, en contraste, la Vía Láctea es una galaxia de tamaño medio que contiene miles de millones de estrellas. Los científicos han predicho que las galaxias de mayor tamaño se forman a partir de las menores, que se cree que son especialmente ricas en materia oscura, la sustancia que forma aproximadamente el 25 por ciento de la materia y energía total del universo. Las galaxias satélite enanas, por tanto, se consideran un elemento clave para comprender la materia oscura y el proceso por el cual se forman las galaxias más grandes.

El principal objetivo del Dark Energy Survey (DES), como sugiere su nombre, es comprender mejor la naturaleza de la energía oscura, una misteriosa energía que forma aproximadamente el 70 por ciento de toda la materia y energía del universo. Los científicos creen que la energía oscura es la clave para comprender por qué la expansión del universo está acelerando. Para llevar a cabo su misión sobre la energía oscura, DES toma instantáneas de cientos de millones de galaxias lejanas. Sin embargo, algunas de las imágenes de DES también contienen estrellas en galaxias enanas mucho más cerca de la Vía Láctea. Los mismos datos pueden, por tanto, usarse para estudiar tanto la energía oscura, que los científicos creen que está separando las galaxias, como la materia oscura, que se cree que mantiene unidas a las galaxias.

Los científicos sólo pueden ver las galaxias enanas más tenues cuando están cerca, y sólo habían encontrado anteriormente unas pocas. Si estos nuevos descubrimientos son representativos de todo el cielo, podría haber muchas más galaxias ocultas en nuestra vecindad cósmica.

“Sólo este año se han observado más de 20 de estas candidatas a galaxias satélite enanas, 17 de ellas en datos del Dark Energy Survey”, dice Alex Drlica-Wagner del Fermilab, uno de los directores del análisis de DES. “Prácticamente hemos duplicado el número conocido de estos objetos en apenas un año, lo que es notable”.

En marzo, los investigadores del Dark Energy Survey y un equipo independiente de la Universidad de Cambridge aunuciaron conjuntamente el descubrimiento de nueve de estos objetos en imágenes tomadas por la Dark Energy Camera, el extraordinario instrumento en el corazón de DES. Dos de ellas se han confirmado, hasta el momento, como galaxias enanas satélite.

Antes de 2015, los científicos había localizado sólo dos docenas de tales galaxias alrededor de la Vía Láctea.

“DES está hallando galaxias tan tenues que habrían sido muy difíciles de localizar en los anteriores estudios”, señala Keith Bechtol de la Universidad de Wisconsin-Madison. “El descubrimiento de tantas nuevas candidatas a galaxias en un octavo del cielo podría indicar que hay más por descubrir alrededor de la Vía Láctea”.

Los objetos de este tipo más cercanos recientemente descubiertos se encuentran a 80 000 años luz de distancia, y los más lejanos a unos 700 000 años luz. Estos objetos son, de media, mil millones de veces más tenues que la Vía Láctea y un millón de veces menos masivos. Las más tenues dentro de los nuevos candidatos a galaxias enanas tienen unas 500 estrellas.

La mayor parte de los objetos recientemente descubiertos están en la mitad sur del área de estudio de DES, en las cercanías de la Gran Nube de Magallanes y la Pequeña Nube de Magallanes. Éstas son dos de las mayores galaxias satélite asociadas a la Vía Láctea, respectivamente a unos 158 000 y 208 000 años luz. Es posible que muchos de estos nuevos objetos puedan ser galaxias satélite de estas galaxias satélite mayores, lo que sería por sí mismo un gran descubrimiento.

“Ese resultado sería fascinante”, dice Risa Wechsler del SLAC National Accelerator Laboratory. “Las galaxias satélite de satélites están predichas en nuestros modelos de materia oscura. O estamos viendo ese tipo de sistemas por primera vez, o hay algo que no comprendemos sobre cómo se distribuyen estas galaxias satélite por el cielo”.

Dado que las galaxias enanas se cree que están compuestas en gran medida por materia oscura, con muy pocas estrellas, son excelentes objetivos para explorar las propiedades de dicha materia. Análisis posteriores confirmarán si estos nuevos objetos son, efectivamente, galaxias satélite enanas y si pueden detectarse signos de materia oscura en ellas.

Las 17 candidatas a galaxias satélite enanas se descubrieron en los primeros dos años de datos recopilados por el Dark Energy Survey, un proyecto de cinco años para fotografiar una porción del cielo austral con un detalle sin precedente. Los científicos ahora han echado un primer vistazo a la mayor parte del área estudiada, pero los datos procedentes de los próximos tres años del estudio permitirán, probablemente, encontrar objetos que son incluso más tenues, difusos, o lejanos. Acaba de dar comienzo la tercera temporada el estudio.

“Este apasionante descubrimiento es el producto de un gran esfuerzo colaborativo de todo el equipo de DES”, señala Basilio Santiago, coordinador del Grupo de Trabajo de la Vía Láctea de DES y miembro del Consorcio DES-Brazil. “Apenas hemos empezado nuestro estudio del cosmos, y ya estamos esperando más apasionantes descubrimientos en los próximos años”.

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Extraña Señal en el Fondo Cósmico de Microondas


Al principio era el caos. Caliente, denso, y repleto de partículas energéticas, el joven universo era un turbulento y animado lugar. No fue hasta unos 300 000 años después del Big Bang cuando la recién nacida sopa cósmica se enfrió lo suficiente como para que se formasen los átomos y la luz viajase libremente. Este hito, conocido como recombinación, dio lugar al famoso fondo cósmico de microondas (CMB), una firma brillante que impregna todo el cielo.

Ahora, un nuevo análisis de este brillo sugiere la presencia de una pronunciada marca en el fondo — prueba de que, en algún momento alrededor de la época de la recombinación, un universo paralelo pudo haber chocado contra el nuestro, expone un Artículo publicado en Noviembre de 2015 en Universe Today.

Aunque a menudo pertenecen al mundo de la ciencia-ficción, los universos paralelos desempeñan un papel importante en nuestra comprensión del cosmos. De acuerdo con la teoría de la inflación eterna, teóricamente existen universos burbuja aparte del nuestro que se forman continuamente, generados gracias a la energía inherente al propio espacio.

Como las burbujas de jabón, los universos burbuja que crecen muy cerca unos de otros, teóricamente pueden unirse, y de hecho lo hacen, aunque sólo sea por un momento. Tales fusiones temporales podrían hacer posible que un universo deposite parte de su material en otro, dejando una especie de huella en el punto de la colisión.

Ranga-Ram Chary, cosmólogo en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), cree que el CMB es el lugar perfecto para buscar tales huellas.

Tras un detallado análisis del espectro del CMB, Chary encontró una señal que era unas 4500 veces más brillante de lo que debería haber sido, basándose en el número de protones y electrones que los científicos piensan que existieron en los inicios del universo. Es más, esta señal concreta — una línea de emisión que surge a partir de la formación de átomos durante la época de la recombinación — es más consistente con un universo cuya proporción de partículas de materia a fotones es unas 65 veces mayor que el nuestro.

Existe un 30% de posibilidades de que esta misteriosa señal sea sólo ruido, y no una señal verdadera; sin embargo, también es posible que sea real, y que exista debido a que un universo paralelo dejó algunas de sus partículas de materia en el nuestro.

Después de todo, si los protones y electrones adicionales se han añadido a nuestro universo durante la recombinación, se habrían formado más átomos, se habrían emitido más fotones durante su formación, y la línea característica que surge a partir de todas estas emisiones se vería muy aumentada.

El propio Chary es sabiamente escéptico.

“Las afirmaciones inusuales, como la demostración de un universo alternativo, requieren una carga de la prueba muy alta”, escribe.

De hecho, la firma que Chary ha aislado puede ser la consecuencia de la luz procedente de lejanas galaxias, o incluso de nubes de polvo que rodean a nuestra propia galaxia.

Entonces, ¿estamos ante otro caso de BICEP2? Sólo el tiempo y posteriores análisis lo dirán.

Chary ha enviado su artículo a la revista Astrophysical Journal. El borrador del trabajo está disponible en arXiv.

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Las Fronteras de nuestro Universo


Los investigadores ya sabían que había algo diferente en este punto del cielo. La región se había denominado "la Mancha Fría del WMAP", porque destacaba en un mapa de radiación del fondo cósmico de microondas hecho por el satélite WMAP, lanzado por la NASA en el 2001. El fondo cósmico de microondas consiste en débiles ondas de radio que son la radiación remanente del Big Bang, es la "foto infantil" más antigua del universo. Las irregularidades en el fondo cósmico de microondas muestran estructuras que existieron sólo unos cientos de miles de años después del Big Bang.

Astrónomos de la Universidad de Minnesota han encontrado en el cosmos un enorme "agujero" de casi mil millones de años-luz de diámetro, que carece tanto de materia normal (como por ejemplo estrellas, galaxias y gas), como de la misteriosa "materia oscura". Otros estudios anteriores habían mostrado regiones inusualmente vacías, en la estructura a gran escala del universo, pero este nuevo descubrimiento las empequeñece a todas.

Tal descubrimiento lo comparte un equipo del Instituto de Astronomía de la Universidad estadounidense de Hawaii, que utilizó datos de observaciones hechas con el telescopio Pan-Starrs 1 en la cima del Monte Haleakala y con el satélite astronómico WISE de la NASA (Administración Nacional de la Aeronáutica y del Espacio).

Pasar a través de un supervacío puede suponer millones de años, incluso a la velocidad de la luz, por lo que este efecto medible, conocido como Efecto Integrado Sachs-Wolfe, podría proporcionar la primera explicación a una de las anomalías más significativas que se encuentran en el CMB, detectada por el satélite WMAP, y más recientemente, por Planck, un satélite lanzado por la Agencia Espacial Europea.

Por último, los expertos apuntan que aunque la existencia del supervacío y su efecto esperado sobre el CMB no explican totalmente el Punto Frío, es muy poco probable sea una coincidencia que este supervacío y el Punto Frío se encuentren en el mismo lugar.

“Imagina que hay un enorme vacío con muy poca materia entre usted (el observador) y el fondo cósmico de microondas. Ahora piense en el vacío como una colina. A medida que la luz entra en el vacío, debe subir esta colina. Si el universo no recibiera la aceleración de la expansión, a continuación, el vacío no se desarrollaría de manera significativa y la luz descendería la colina y recuperaría la energía que pierde a medida que sale el vacío”, explica un comunicado de la Universidad de Hawai.

Dirigidos por Istvan Szapudi, los expertos encontraron que en una enorme región la densidad galáctica es mucho más baja que lo habitual en el universo conocido, que coincide con una zona llamada Mancha Fría, descubierta en 2004 mediante el llamado mapa de la radiación del fondo cósmico de microondas.

Si la Mancha Fría se originó en el propio Big Bang, podría ser una rara huella de física exótica que no puede ser explicada por la cosmología estándar, precisaron los expertos citados por el sitio Amazings. En cambio, si está causada por una estructura interpuesta entre nosotros y el fondo cósmico de microondas sería una señal de que existe una estructura a gran escala extremadamente rara en la distribución de masa del universo, añadieron.

Si bien la existencia del supervacío y su efecto previsible sobre el fondo cósmico de microondas no explican completamente la Mancha Fría, es muy improbable que sea una coincidencia que ambos estén en el mismo sitio. El equipo continuará investigando mediante el análisis de nuevos datos sobre la Mancha Fría y el supervacío, así como sobre otro gran vacío cósmico situado cerca de la constelación de Draco (el Dragón).


No es la primera vez en el mismo sector

Aunque no ha sido el único evento de este tipo descubierto por los científicos, El Supervacío de Eridanus descubierto por el 2012, Punto Frío WMAP o el Punto Frío CMB es una región del Universo descubierta por (o recibida como señal de) microondas que tras su análisis resultó ser extraordinariamente grande y fría en relación con las propiedades esperadas de la radiación de fondo de microondas (CMB). Esta región sería una región extremadamente grande del universo, unos 500 millones de años luz o 150 Mpc de diámetro, un corrimiento al rojo conteniendo así una densidad de materia mucho menor que en dicho corrimiento. Si dicho supervacío existiera, sería una de las más grandes estructuras del Universo observable.

Por muchos es un cuadrante cercano lleno de puntos fríos de diversos tamaños, por lo que en si podría ser un sector muy alejado de la esfera teórica del universo observable que ha avanzado en el estado frío, o es una sección del universo que ha sufrido el debate de singularidades como los Agujeros negros.

Una de las teorías más controvertidas relativas a esta región del espacio, dice que podría ser una huella de un universo paralelo, aparte de la nuestra. Tal vez sólo uno de un número infinito de universos que son una parte del multiverso más grande. El principal defensor de esta teoría, Laura Mersini-Houghton, cree que esta región se produjo a través de entrelazamiento cuántico, la acción fantasmal a distancia, que se produjo entre nuestro universo y el universo paralelo antes de que los dos se separaran durante la inflación. Es interesante notar que si esta hipótesis fuera cierta, tendría evidencia empírica en la forma de un supervacío “espejo” que se encuentra en el hemisferio opuesto. Por extraño que parezca, en 2009, un vacío similar se encontró en el hemisferio sur. Este vacío era mucho más grande, llegando a 3.5 mil millones de años-luz de diámetro. Sin embargo, esto es de poca importancia a esta hipótesis en particular, ya que no hay consenso sobre donde debe estar exactamente este vacío espejo.

Otra teoría, fue propuesta por Lawrence Rudnick, de la Universidad de Minnesota. Se postula que el vacío Eridanus no es un vacío convencional en absoluto, sino un agujero negro “universo-en-masa ‘que ha consumido la materia de todas las galaxias en las proximidades de la región. Además, él y su equipo creen que la energía oscura, la fuerza responsable de la expansión acelerada del universo, no es más que una ilusión provocada por los efectos gravitacionales de un agujero negro inmensamente grande, pero muy potente que se encuentra en el borde mismo de nuestro universo observable.

La primera teoría también sería una victoria para los defensores de la teoría de cuerdas, que es famosa por tener muy pocos aspectos comprobables. En cualquier caso, esta zona de espacio nos presenta con más preguntas que respuestas, sin embargo, podría dar credibilidad a la existencia de un multiverso, definitivamente tendría un enorme impacto en la manera en que vemos el funcionamiento interno del universo.

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