Las galaxias se alejan
Edwin Hubble observó en 1929 un corrimiento al rojo mientras medía distancias de 90 nebulosas espirales (galaxias). Este descubrimiento implicó que las galaxias en las que se observa este corrimiento se alejan del observador mientras que las que tienen un corrimiento al azul se están acercando; un fenómeno que se explica por medio del efecto Doppler. La primera conclusión de estos datos experimentales es que las galaxias se están alejando entre sí.
Entre los hallazgos más notables de Hubble está la relación lineal entre la distancia de una galaxia y la velocidad a la que se aleja, es decir, entre más lejos está una galaxia, más rápido se aleja. Esto se conoce como la Ley de Hubble y se interpreta como un signo de que el universo se expande.
Todo inicia con una explosión
El descubrimiento de Hubble llevó a la formulación de la Teoría del Big Bang sobre el origen del universo. Las galaxias que ahora se alejan, en algún momento debieron estar juntas en una región muy densa. El modelo de esta teoría se ha ido ajustando conforme se han hecho más observaciones, el hallazgo de la radiación de fondo y el modelo inflacionario hacen que esta teoría sea la más aceptada por los cosmólogos para explicar el origen del universo.
Geometría y universo
Una de las predicciones más importantes del modelo inflacionario tiene que ver con la geometría, si el espacio satisface los postulados Euclidianos de la geometría plana los ángulos de un triángulo trazado en 3 puntos cualesquiera tienen que sumar 180°. Pero la teoría general de la relatividad de Einstein permite dos posibilidades más: el universo puede tener una curvatura positiva (convexa) o negativa (cóncava) con lo cual la suma de los ángulos del triángulo es diferente a 180°.
Si el total de materia y energía del universo no es muy grande la curvatura es negativa, si lo es, la curvatura es positiva y en el punto medio está un universo plano Euclidiano. La densidad total del universo determinará si continuará expandiéndose o si esta expansión se detendrá e invertirá. Es decir, determinar qué geometría describe a nuestro universo también determina si el universo continuará expandiéndose indefinidamente ... o no.
Las cuentas no cuadran
Hacia finales del siglo XX la cosmología tenía un modelo inflacionario que indicaba que el universo seguiría expandiéndose y los estudios de radiación de fondo corroboraban que la geometría del universo era plana. Pero los recuentos de materia y energía decían que éstas no alcanzaban para producir la geometría plana del modelo inflacionario. En otras palabras, había que encontrar la materia y energía faltantes para satisfacer la condición de geometría plana de un universo inflacionario, en otras palabras, aún falta por encontrar el 75% de la materia y energía del universo.
Mirando al oscuro pasado
En astronomía, mirar lejos es mirar al pasado, si vemos una estrella que está a 30 mil años luz, en realidad estamos viendo la luz emitida por esa estrella hace 30 mil años. Las observaciones de estrellas muy lejanas nos dan cifras de vértigo, la supernova Albinoni, observada en el telescopio Keck II en realidad está mirando algo que pasó hace 10 mil millones de años. La observación sistemática de supernovas como Albinoni por Schmidt y Perlmutter no coincidía con las predicciones del modelo inflacionario, esas supernovas tenían un corrimiento al rojo mayor al esperado por lo que la conclusión es que la expansión del universo se está acelerando.
El modelo plano Euclidiano implica que la gravedad frena la expansión del universo, pero si esta expansión se está acelerando, entonces el cálculo cambia y el universo es más antiguo. Pero la pregunta fundamental es: si la gravedad no frena la expansión del universo ¿qué la está acelerando?
Con el fin de satisfacer el modelo inflacionario (hay buenas razones para ello) se ha propuesto la existencia de la energía oscura, que añadida a los recuentos actuales de materia y energía puede satisfacer las condiciones del universo plano e inflacionario.
¿Qué puede ser?
El descubrimiento de Hubble cambió la concepción del universo estático por una de un universo que no lo es. Esto contradecía a la formulación de la constante cosmológica de Einstein que describía un universo estático. Aunque Einstein retiró su constante (es de sabios enmendar), ésta reapareció en el modelo inflacionario de la teoría del Big Bang y puede ser el origen de la fuerza de repulsión que le gana a la gravedad y mantienen al universo en expansión. La constante cosmológica es una propiedad intrínseca del universo y podría ser la explicación de la energía oscura.
Otra posibilidad es que la energía oscura provenga de un tipo de campo, parecido a los campos electromagnéticos que produzca repulsión gravitacional. Algunos científicos han llamado a este campo quintaesencia. La quintaesencia puede afectar a la materia y cambiar de valor a diferencia de la constante cosmológica.
Termina al finalizar
Los nuevos telescopios ayudarán a determinar cuál es la naturaleza de esta energía oscura y al final nos darán el modelo del final del universo. El descubrimiento de la expansión acelerada ha descartado el modelo en el que la expansión se detiene, se invierte y todo acaba en una compresión masiva. El caso aceptado es que la expansión continuará eternamente. Aunque ahora hay otra propuesta presentada el físico Robert Caldwell conocida como el Big Rip en el que la energía de repulsión superará por completo a la gravitacional y todos los sistemas se separarán aún a nivel atómico.
Referencias
http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/58/el-lado-oscuro-del-universo, recuperado el 16 de noviembre de 2015
¿Por qué este tema? Una reflexión personal
La elección para mí ha sido muy sencilla, de los temas propuestos para esta actividad el que tiene que ver con cosmología captó mi atención de inmediato. Siempre he sido aficionado a todo lo que tiene que ver con el estudio del universo: telescopios, misiones espaciales, física, etc. De hecho, he disfrutado mucho el lanzamiento de la serie "Cosmos" en el canal NatGeo.
Escribir sobre este tema con base en el texto de referencia no es muy complicado, el estilo del autor está enfocado hacia la divulgación por lo que sus ideas están planteadas en un lenguaje sencillo y bien estructurado. El punto inicial se basa en las ideas fundamentales del texto: universo en expansión y energía oscura. Lo que más me llamó la atención fue el modelo geométrico del universo y su implicación en el modelo inflacionario.
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