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Anisotropía en la morfología de galaxias.

La isotropía es la cualidad por la que se mide o se dan las mismas propiedades de algo en cualquier dirección en que se observe.
Así es como el Universo Local, se supone isotrópico, es decir que en todas direcciones tiene las mismas propiedades físicas. El Principio Cosmológico apoya esta idea. Este principio dice que todo punto puede ser considerado como el centro del Universo; luego, el Big-Bang se dio en todas partes al mismo tiempo, ya que todo se aleja visto desde todo punto sin importar cuál (pdp, 20/jun./2014, https://paolera.wordpress.com/2014/06/20/el-principio-cosmologico/).
Luego se espera la existencia de isotropía, de lo contrario habría lugares preferenciales desde los cuales se medirían o se observarían diferentes características del Universo.

La morfología de las galaxias (tipos o formas de galaxias) depende de las condiciones dadas en su nacimiento o formación, no está relacionada con su evolución.
Las primeras galaxias tendían a ser pequeñas y su fusión dio origen a las mayores. Dependiendo de las condiciones en esa fusión, se fueron dando las diferentes morfologías. Por ejemplo, las grandes espirales crecieron asimilando galaxias menores, aunque aún no se comprenda completamente el mecanismo de la formación de los brazos. Las enormes elípticas resultarían de la fusión de grandes galaxias; de hecho se piensa que la futura fusión entre M31 (la galaxia de Andrómeda) y la Vía Láctea, dará origen a una elíptica de gran tamaño. Por supuesto que también fue la fusión el origen de las que tienen formas más caprichosas o las irregulares, muchas de las cuales aún están en proceso de asimilación y no llegaron a su estado final.
Luego de su formación y de establecerse su morfología final o definitiva, su evolución como ejemplar de ese tipo, depende de cómo genere estrellas, de cómo consume el gas o lo adquiera de sus vecindades, pero no cambiará su tipo a menos que sufra otra asimilación.
De esta manera y suponiendo isotropía en el Universo local, se espera que se observe una variedad bien distribuida de morfologías galácticas; o sea, diferentes y tipos de galaxias en cualquier dirección que se observe.

Se dividió el cielo en regiones y se hizo un conteo de diferentes tipos de galaxias hasta 600 millones de años luz de distancia. Para sorpresa, se halló anisotropía en la morfología de las galaxias, es decir que en ciertas direcciones hay más galaxias de un tipo en en otras.

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Uno de los histogramas obtenidos de conteos de diferentes tipos de galaxias en una dirección publicados en el trabajo de

Behnam Javanmardi and Pavel Kroupa.

Esto supone un reto para las teorías evolutivas del Universo. Parece que no en todas partes se dieron las mismas variedades de condiciones para la formación de galaxias. El mismo Principio Cosmológico sufre las repercusiones de esto. De ser así, habrá que revisar las ideas de isotropía, pero el Principio Cosmológico seguirá valiendo como una buena aproximación a algo más complejo (pdp, 08/nov./2016, https://paolera.wordpress.com/2016/11/08/el-principio-cosmologico-es-una-primera-aproximacion-luego-vale/)
La otra opción, claro está, es que haya una sistemática tendencia en la clasificación de las galaxias observadas; digamos… un cierto tipo de error.

Fuente:

pdp.

El problema de horizontes y la velocidad de la luz.

Universo

Ilustración publicada en Muy Interesante.

El modelo inflacionario viene a explicar muchas cosas relacionadas con el origen de Universo.
En ese intento, hace agua en algunos puntos, digamos que explica algunas cosas y… plantea otras que no quedan claras, o peor, no las explica.
Bien, de eso se trata el modelismo.
Hay que hacer continuos retoques para explicar lo nuevo que se descubre, tanto que ya se habla de multiversos. Ahí, ya la inflación queda muy mal parada. Todo esto no sucede con la Matemática que es constructivista, se erige sobre ella misma.
En Fisica, los modelos van rodeando y describiendo la Naturaleza en sus diferentes escenarios. El problema surge cuando hay que unir todo en un sólo modelo.
Tenemos la Física clásica o Newtoniana para energías bajas a no muy altas, la Relatividad para altas energías y la Cuántica para el Universo atómico o corpuscular.
El problema aparece cuando hay que salvar las diferencias entre entornos y unir todo en una sola teoría, después de todo el Universo es uno sólo.

En al área de la Cosmología, la teoría inflacionaria nos dice que el Universo se expandió rápidamente de tal manera que la luz, o los fotones portadores de energía, llegaron a todos los rincones del mismo colaborando con que el Universo tenga una temperatura uniforme.
La radiación de fondo en micro-ondas (RFM) es la luz que se desparramó por todo el Universo en su expansión inicial y actualmente la observamos en todas direcciones. Así, su estudio nos dará pistas de lo que entonces sucedió.
Como ya se sabe, estas observaciones no sólo no corroboraban muchas cosas, sino que abría puertas a más interrogantes. Por ejemplo, los lugares más fríos que otros, o sea, las regiones de donde provienen fotones “más fríos”del RFM.

Aquí, con el tema de la temperatura del Universo ya hay un dilema.
Nuestro Universo tiene 14 mil millones de años de edad.
En una dirección observamos la RFM que proviene de 14 mil millones de años luz (AL) de distancia (nuestro horizonte en una dirección). En la dirección opuesta, observamos lo mismo (el horizonte en la dirección opuesta). Luego, la luz tuvo que viajar de un lado al otro para llenar el Universo. O sea que, hasta la actualidad, recorrió 28 mil millones de AL.
La pregunta es: ¿cómo pudo la luz recorrer 28 mil millones de AL, viajando a la velocidad de la luz, durante 14 mil millones de años?. O sea que no se entiende cómo en 14 mil millones de años recorrió el doble de lo que pudo recorrer en ese tiempo.
A esto se lo conoce como el problema de horizontes o de fronteras.

Una solución para este problema, sería que la velocidad de la luz no haya sido siempre la misma.
Si en el momento de la inflación, la luz se movía a mayor velocidad que la actual, incluso superando a las ondas gravitacionales, entonces el Universo pudo ser rápidamente bañado por ella y llegar pronto a una temperatura uniforme. Luego, con el aumento de la temperatura hasta su valor final, la velocidad de la luz disminuyó y pasó a ser la que hoy conocemos.

Referencia:

Fuente:

  • The critical geometry of a thermal big bang, Niayesh Afshordi, Joao Magueijo
    (Submitted on 9 Mar 2016 (v1), last revised 8 Nov 2016 (this version, v2)).
    https://arxiv.org/abs/1603.03312

pdp.

 

El Principio Cosmológico es una primera aproximación; luego: vale.

En Ciencia, un Principio es una ley que se observa en la Naturaleza. Luego es una ley natural, o sea que se trata de un Principio Natural.
Por ejemplo, el Principio de Arquímedes. Este Principio puede observarse simplemente sumergiendo un cuerpo en agua (o líquido en general).
Pero hay otros Principios, por ejemplo, el Principio Cosmológico (PC).
unoEl PC, nos dice que podemos suponer el centro del Universo en cualquier parte. O sea que no importa dónde nos paremos, todo se alejará de allí; luego, el Big-Bang se dio en todas partes al mismo tiempo. Esto puede apreciarse en las imágenes de la izquieda. En la primera estamos parados den el circulito del centro; y luego, en la de abajo en un objeto de arriba a la izquerda.
Este Principio, está basado en la idealización matemática de un Universo homogéneo (la misma distribución de materia dosen todas partes) con galaxias distribuidas al azar y además isotrópico, es decir que en todas direcciones que se observe, mostrará las mismas propiedades. Pero resulta que en
regiones cercanas, no se observa una distribución aleatoria de materia ni evidencias de isotropía. A mayor escala, a grandes distancias, la cantidad de galaxias por unidad de volumen deja de ser homogénea. Todo esto se acentúa con las grandes estructuras galácticas entre vacíos que hay en el Universo. Esto no ayuda al PC, o sea que ese Principio no se observa en el cielo.
Pero nada implica que esté errado.
No deja ser una primera aproximación al problema de la Cosmología y base de modelos elementales. Solamente es cuestión de tener en cuenta las distribuciones no aleatorias de materia para mejorar los modelos evolutivos del Universo.
Esto es típico de una ciencia como la Física. Mientras que la matemática es constructivista (se construye sobre ella misma), la Física genera ramas paralelas que abarcan diferentes escenarios, o se derrumba para reconstruirse mejorada, dejando los viejos modelos para casos sencillos.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Las galaxias que no vemos, ¿resolviendo Olbers?

Recordemos la paradoja de Olbers.
Si el espacio está plagado de una cantidad infinita de estrellas uniformemente distribuidas, ¿por qué el cielo nocturno no está tan iluminado como el diurno?
Evidentemente las estrellas no están uniformemente distribuidas, ni son infinitas y no son todas visibles.

Se estima que en el Universo observable hay 100 mil millones de galaxias. Se sabe que hay muchas que no podemos observar por ser muy lejanas y por lo tanto muy débiles.
La pregunta es ¿cuántas nos estamos perdiendo de observar?.

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Galaxias del cielo profundo del Sur – GOODS South field. Credit: NASA, ESA/Hubble

Para responderla, se hizo un análisis basado en la cantidad de galaxias observables. Se encontró aproximadamente nos estamos perdiendo el 90% de las galaxias existentes. O sea que estamos viendo la décima parte de lo que deberíamos.
Esto tiene una explicación.

Las galaxias lejanas son las que deberíamos observar como las más jóvenes, ya que su luz tarda mucho en llegarnos. Observando galaxias a unos 13 mil millones de años luz de distancia (su luz tarda eso en llegarnos mientras que el Universo tiene unos 14 mil millones aproximadamente), las vemos como eran cuando el Universo tenía algunos miles de millones de edad. En aquellas épocas, las galaxias eran enanas, difusas y por lo tanto de poco brillo. Con la distancia, se alejan a mayor velocidad, lo que hace que su luz se enrojezca mucho, tanto más cuanto más lejos estén.
Luego, son tan lejanas que su corrimiento al rojo escapa de la capacidad de detección de nuestros instrumentos. Si a todo esto le agregamos la absorción de luz por parte del material suelto en el espacio, habrán muchas galaxias lejanas que no podemos ver.

¿Qué pasa con las más cercanas?
Las galaxias que se formaron cerca de la nuestra, deberían ser más abundantes; o sea, deberíamos ver 10 veces más galaxias cercanas ya que su luz no sufre todo lo que sufre la de las lejanas por la distancia. ¿Qué pasó con ellas?
Se sabe que las galaxias se van fusionando y formado sistemas mayores los que a su vez asimilan a las enanas que pueden quedar. Esto está contemplado en la evolución jerárquica. Es decir que vemos pocas galaxias cercanas porque la mayoría fue asimilada por las mayores.

De esta manera se explica por qué no vemos todas las galaxias que deberíamos y hasta podríamos explicar, por este lado, la paradoja de Olbers.

Referencia:

Fuente:

pdp.

 

La extinción por ambiente en la juventud del Universo.

Es sabido que los objetos se observan más jóvenes cuanto más lejanos son. Eso se debe a que su luz tarda en llegarnos y por eso cuando son observados aparecen como cuando su luz partió hacia nosotros. Ahí la importancia de observar objetos lejanos; nos cuentan cómo eran las cosas en los comienzos.

Se observaron 4 cúmulos de galaxias masivos. Son tan lejanos que se los observa como cuando el Universo tenía apenas 4 mil millones de años (menos que la actual edad de nuestro Sistema Solar que es de casi 5 mil millones).

Cosmic Neighbors Inhibit Star Formation, Even in the Early-Universe

Uno de los cuatro jóvenes cúmulos. Sus miembros se señalan con un recuadro blanco. Crédito Nantais et al.

En ellos se observa galaxias precipitando dentro de los cúmulos. Cuando eso sucede, las galaxias interaccionan con el gas que hay dentro del cúmulo. En esa interacción, las galaxias pierden gas por fuerza de arrastre y presión dinámica. Eso hace que pierdan material para generar estrellas.
También, si bien asimilan gas intercumulular, ese gas está caliente o puede calentarse al interactuar con la galaxia. Eso hace que no sirva para formar estrellas, ya que el gas debe estar frío para favorecer el colapso para la formación estelar.
En resumen, el entorno se encarga de disminuir la formación estelar de las galaxias cuando precipitan dentro del cúmulo. A eso se lo conoce como “enfriamiento ambiental” o “extinción por ambiente” (environmental quenching). Esto observado en la juventud de estos cúmulos, demuestra que este proceso de disminución de producción de estrellas ya se daba en la juventud el Universo.

Referemcias:

Fuente:

LIGO detecta más ondas gravitacionales (la segunda tanda)

LIGO detectó otra onda gravitacional (era de esperarse).
La primera fue en Septiembre del 2015 y se trató de la unión de dos agujeros negros de 36 y 29 masas solares cada uno.

artwork depicting black holes merging

Ilustración crédito LIGO/T. Pyle.

Estos objetos se orbitan mutuamente espiralando hasta unirse. En ese proceso orbitan cada vez más rápido emitiendo ondas gravitacionales cada vez de mayor frecuencia y amplitud hasta que… BOOOOMMMM… se fusionan y en Casa LIGO detecta un simple y sutil… “Chic”

Mucho se teorizó si se trato de agujeros negros o de gravastars, pero objetos masivos de todas maneras.

En esta segunda oportunidad, a las 03:38: 53 del 25 de diciembre UTC (Tiempo Universal Coordinado o si se prefierís Tiempo de Greenwich), plenos festejos navideños, un “Chic” llamó la atención de los científicos de LIGO.
En esta oportunidad se trató de una señal menor que la anterior, pero señal al fin.
LIGO es capaz de detectar moléculas impactando en el sistema, por lo que esta detección casi se confundió con “ruido”.
Los modelos sugieren que se trató de la unión de dos agujeros negros de 14 y 8 masas solares cada uno, a unos 1400 millones de años años luz de Casa. El objeto resultante de esa unión, dejó un masivo objeto agujero negro (o gravastar) de 21 masas solares.
La masa solar restante (ya que 14 + 8 = 22 y no 21) se transformó en energía, la transportada a la distancia por la onda gravitacional detectada. Haciendo cuentas, esa masa solar transformada en energía (la masa es una de las formas en que se presenta la energía) dada por E = M*C2 con C = velocidad de la luz, arroja una cantidad de energía equivalente a la que el Sol emite en 15 billones de años (15 millones de millones). O sea, poco más de 1000 veces la que emitirtá en toda su vida de unos 10 mil millones de años aproximadamente (nuestro Sol tiene casi 5 mil millones de años y se espera que viva otro tanto)

Pensemos en esa energía tremenda liberada en un encuentro que dura fracción de segundo.

Las masas involucradas en este caso, son típicas de estrellas binarias masivas que murieron como supernovas en diferentes momentos, dejando sus núcleos colapsados como estrellas de neutrones y luego agujeros negros que terminaron fusionándose.

Referencias:

pdp.

Una extinta partícula podría estar relacionada con la cantidad de Litio, la materia obscura y la expansión Universal.

En el origen del Universo, en el Gran Estallido (Big Bang) se produjo gran cantidad de materia y energía.
Los elementos pesados se sintetizaron en el interior de las estrellas masivas, las que al explotar retornaron material enriquecido al espacio.
Los elementos livianos, se habrían formado en el Big Bang o poco después de ese evento. En ese momento, se produjo Hidrógeno y Helio; los que junto a la gran cantidad de energía liberada, comenzaron a generar diferentes elementos livianos. Éstos, a su vez, dieron origen a otros.

Conceptual image of the big bang

Imagen crédito de Detlev Van Ravenswaay/Science Photo Library

Los modelos proponen ciertas cantidades de elementos originados en los comienzos del Universo, entre ellos, el Litio.
Sucede que hay menos del que los modelos proponen. Luego la pregunta es ¿qué le pasó al Litio que falta?.
En los orígenes. el Litio se habría formado por el decaimiento del Berilio.
Cuando un núcleo atómico tiene una configuración inestable, éste “decae” a una configuración estable. En ese proceso se irradia energía o se emiten partículas, de tal manera que aparece un átomo de otro elemento con núcleo estable.
En este caso, por este proceso, el Berilio dio origen al Litio primitivo.
Pero sucede que todo indica que apareció menos del esperado.
Una solución al dilema está en una partícula (¿cuándo no?). Ésta habría interactuado con algo del Berilio existente destruyéndolo e impidiendo así la formación de cierta cantidad Litio.
Luego esa partícula habría desaparecido, es decir que se habría aniquilado motivo por el cual no la encontramos hoy en día. Entonces debió tener una vida media muy corta, carga eléctrica neutra (sin carga) y una masa entre 4 y 40 veces la masa del electrón.

La materia obscura es neutra y masiva para mantener unida a una galaxia. ¿Estará formada por partículas desconocidas derivadas de éstas o similares?

Actualización del 9/7/2016 a las 11:50 HOA (GMT -3).
Esta actualización es la que motivó la modificación original del presente artículo.
Aparentemente, esta partícula neutra no deja de ser un tipo de neutrino.
Si existe y se mueve a una velocidad cercana a la de la luz, habiendo aparecido en el Big Bang o poco después, estaría en los confines del Universo conocido y podría ser  responsable (¿gravitacionalmente?) del 9% de exceso medido en la expansión.

Referencia:

Fuente:

pdp.