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Distancias cósmicas: propia y por co-movimiento.

En Astronomía la medición de distancias es una fuente de gran información.
Con ella, no sólo tenemos idea de lo lejos que se encuentran los objetos, sino de la forma que tienen los sistemas donde viven. Por ejemplo, la medición de distancias y posiciones de estrellas de la Vía Láctea, nos da una idea de la forma y tamaño de nuestra galaxia.

Hay muchas formas de calcular distancias a objetos (KosmosLogos, 20/6/10, Una escalera para medir el cosmos, http://www.noticiasdelcosmos.com/2010/06/una-escalera-para-medir-el-cosmos.html).

Imagen relacionada

Ilustración de diferentes métodos de cálculo de distancias cósmicas pubicado en KosmosLogos.

Podemos usar su paralaje o variación en su posición desde dos puntos de vista u observación diferentes. Si medimos su posición desde un lugar de nuestra órbita y repetimos la medida medio año después, desde el lugar opuesto, el corrimiento observado en su posición depende de su distancia y de la distancia entre nuestros lugares de medición; ésto, si su movimiento es pequeño frente al nuestro. Podemos tomar una tercera medida el cumplirse un año, donde repetimos nuestra posición, y en ese caso podemos saber cuánto se mueve en ese tiempo si esa medida no es igual a la primera (Wikipedia; Paralaje, https://es.wikipedia.org/wiki/Paralaje).
Esto es útil para objetos relativamente cercanos y no todos lo son.

Para objetos más lejanos, como los extragalácticos, hay métodos basados en la luminosidad recibida o en su tamaño aparente medido.
En ambos casos, esa medida depende de cuándo el objeto nos envió su imagen. Para cuando nos llegue su luz, éste estará a otra distancia. En el caso de estos objetos, su distancia está fuertemente afectada por la expansión del Universo, más que por su propio movimiento.

En Cosmología hay dos distancias que interesan mucho.
La distancia por co-movimiento, que es la distancia que tiene el objeto en el instante que lo observamos, como si no existiera la expansión universal, y la distancia propia; que es la distancia que tuvo que recorrer su luz hasta llegar a nosotros. Ésta, está relacionada al momento en que el objeto emitió la luz que nos llegó, y por lo tanto a la expansión universal; pero también está afectada de la curvatura del Espacio.
(Wikipedia, Comoving distance, https://en.wikipedia.org/wiki/Comoving_distance)

Hay relaciones entre la distancia por co-movimiento y la distancia propia, por ejemplo, ambas coinciden para objetos lejanos en un Universo plano y sin expansión Universal.
Si se conoce con buena confiabilidad el valor del alejamiento de un objeto extragláctico muy lejano, y se estima con la misma confiabilidad su distancia por co-movimiento, se puede conocer el grado de curvatura del Espacio.
Las fulguraciones en radio-ondas (FRB) son muy útiles para este estudio, en particular la fuente catalogada como FRB 121102. En este caso, su repetición (como la de todo evento repetitivo de origen extragaláctico lejano) permite esperar el evento y tener buenas medidas del corrimiento al rojo de su fuente por expansión del Universo.

 

Fuente:

pdp.

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Qué es el Sector Obscuro del Universo (retórica científica).

La retórica consiste en expresiones ricas en imágenes para dar una explicación más elegante y figurativa.
Hay una retórica científica que a veces lleva a confusiones.

Se dice que algo es obscuro cuando no refleja ni emite luz. Es por eso que llama materia obscura, a aquella que no puede verse pero se la detecta gravitacionalmente. Aquí el término “obscura” hace referencia exacta a una propiedad de esa materia.
Cuando se habla de energía osbcura, se hace referencia a una energía responsable de la expansión del Universo. En este caso se le dice “obscura” porque se desconoce su naturaleza. Aquí hay retórica ya que no tiene sentido hablar de una energía que no brilla de manera alguna.

En nuestro Universo observable, hay partículas que son bien conocidas tales como los fotones, electrones, protones y neutrones entre otras. Todo está explicado en lo que se conoce como el Modelo Estándard.
Este modelo está siendo retocado permanentemente para explicar nuevas observaciones. Se llegó a un punto en que se hacen necesarias partículas aún no observadas para explicar ciertas propiedades del Universo que nos rodea. Se las llama partículas obscuras retóricamente hablando por desconocerse mucho de ellas y porque no hemos podido detectarlas aún.
Al conjunto de estas partícula se lo llama Universo Obscuro o Sector Obscuro del Universo. Otra vez se utiliza retórica, ya que no se trata de un rincón particular del Universo ni otro universo paralelo y exótico. Es como decir que la mente de un músico genial es un universo de inagotables melodías.

Si las partículas obscuras están relacionadas con la que conocemos, entonces hay un vínculo entre el Sector Obscuro y el Universo observable dado por el Modelo Estándard.
A ese vínculo se lo llama Portal al Sector Obscuro.

New portal to unveil the dark sector of the Universe

Ilustración crédito de IBS

Otra vez aparece la retórica, ya que ese vínculo o portal es un conjunto de expresiones físicas y no un “agujero en el espacio” que nos lleva de un lugar al otro.

Entre las partículas obscuras podrían existir los fotones obscuros (dark photons). Serían partículas livianas similares a los fotones, las que al decaer (o desintegrarse) darían origen a partículas obscuras muchas de las cuales podrían ser responsables de la materia obscura.

Resumiendo.
Cuando se formó el Universo, éste era una sopa de partículas. Fuimos capaces de detectar muchas, recientemente detectamos el Bosón de Higgs completando el Modelo Estándard. Otras permanecen sin detectar en el Sector Obscuro. La observación del comportamiento de las partículas conocidas puede abrir un portal a ese Sector del Universo.

Referencia:

pdp.

¿Nuestro Universo es un experimento alienígena? Si, no, tal vez…

El origen y evolución del Universo fue desde siempre lo que desveló a muchos, sobre todo a los cosmólogos.
Asi nacieron muchos modelos de Universo. Desde los clásicos como el de Alan Poe, pasando por más sofisticados como el de Boltzman, hasta llegar a los multiversos; muchos universos donde el Nuestro es uno de ellos. (pdp, 18/jun./2015, Primer modelo evolutivo de Universo, el modelo de Poe, https://paolera.wordpress.com/2015/06/18/primer-modelo-evolutivo-del-universo-el-modelo-de-poe/) (pdp, 2 sep./2013, El subuniverso en la Paradoja de Boltzman, https://paolera.wordpress.com/tag/cerebro-de-boltzmann).
En la idea de muchos universos, la mancha fría observada en el fondo de radiación cósmica, tal vez se deba al contacto entre el Nuestro y otro universo vecino, un contacto entre dos burbujas (pdp, 26/abr./2017, Quizás un Universo exótico necesite una explicación exótica, https://paolera.wordpress.com/2017/04/26/quizas-un-universo-exotico-necesite-una-explicacion-exotica/).

Artwork illustrating the concept of an alternate ‘bubble’ universe in which our universe (left) is not the only one. Some scientists think that bubble universes may pop into existence all the time, and occasionally nudge ours. <em></dt><dd class=

Ilustración de varias burbujas de universos crédito NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (IPAC)

La Cuántica está interviniendo mucho en Cosmología.

Esta rama de la Física predice que un par de partículas pueden aparecer de “la nada”. Eso viene a explicar la pregunta de ¿qué había antes del Big Bang?; eso… nada; como decir que “cero” espontáneamente se descompuso en positivo y negativo.
El principio cuántico por el que dos partículas pueden estar entrelazadas, se verificó con experimentos realizados con fotones. Las propiedades de una partícula se modifican cuando se modifican las de su partícula lejana entrelazada. Quizás algún día, podamos saber qué pasa del otro lado de la Galaxia, observando partículas de “este” lado (pdp, 22/dic./2015, Lo que (me) asombra de la Cuántica, https://paolera.wordpress.com/2015/12/22/lo-que-me-asombra-de-la-cuantica/).
Nuestro Universo no es la suma de regiones “desconectadas”, está completamente conectado y posiblemente sea el entrelazamiento cuántico uno de los mecanismos de interconexión. Puede que este entrelazamiento cuántico, sea el responsable de interacciones entre diferentes burbujas o universos. El efecto túnel que le permite a una partícula estar donde clásicamente no podría estar, se verifica en la reacción nuclear que genera la energía de las estrellas de tipo Solar (Wikipedia, Quantum tunnelling, https://en.wikipedia.org/wiki/Quantum_tunnelling).

Luego, viendo todo lo que explica e implica la Cuántica en Cosmología, a alguien se le ocurrió la idea de que se podría tener un universo en un recinto de laboratorio bajo las condiciones adecuadas, después de todo, la Cuántica vale en todas partes.

“We develop a stochastic approach to the theory of tunneling with the baby universe formation. This method is applied also to the theory of creation of the universe in a laboratory.” (Desarrollamos un acercamiento estocástico a la teoría del tunelaje con la formación del universo infantil. Este método se aplica a la teoría de la creación del universo en un laboratorio).
(HARD ART OF THE UNIVERSE CREATION, A. Linde – Oct. 1991)

Ese universo podría generar sus partículas, estrellas, sus estructuras galácticas, gas, polvo, planetas… ¿vida?.

La misma persona dijo que tal vez seamos una burbuja recreada en el laboratorio de un científico de otro mundo.

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Lisa Simpson crea vida microscópica en un experimento de ciencias en una placa de Petri. – Los Simpsons “Treehouse of Horrors VII, The Genesis Tub”

Algunos tomaron esto como una broma de pésimo gusto que atenta contra el poder Divino y su capacidad de Creación. Otros lo tomaron como algo interesante y remotamente posible. Otros más, sólo lo tomaron como lo que es… un idea tirada al aire; una entre tantas que se comentan al pasar levantando las cejas a manera de sorpresa, sin más importancia que esa.

Referencia:

Fuente:

pdp.

El modelo Cardassiano de Universo.

En un Universo en expansión acelerada, los modelos tratan de explicarlo de la manera más sencilla posible.
Primero se estableció la existencia de la energía obscura como la responsable de esa expansión acelerada. También se conjeturó con un modelo rotacional de Universo, donde la aceleración en la expansión está relacionada con la aceleración centrífuga (pdp, 09/mar./2017, La energíoa obscura como efecto de un Universo en rotación, https://paolera.wordpress.com/2016/03/09/la-energia-obscura-como-efecto-de-un-universo-en-rotacion/). También se teorizó sobre la posibilidad de que pequeñas fluctuaciones en el tramado del espacio – tiempo, terminen generando una lenta y acelerada expansión (pdp, 17/may./2017, Pequeñas fluctuaciones del espacio-tiempo podrían explicar la naturaleza de la energía obscura, https://paolera.wordpress.com/2017/05/17/pequenas-fluctuaciones-del-espacio-tiempo-podrian-explicar-la-naturaleza-de-la-energia-obscura/).

Pero hay un modelo Cardassiano de Universo.

En él, se tiene en cuenta un Universo dominado por la materia. Con algunas variaciones en las ecuaciones conocidas (ecuación de Friedmann), explica la aceleración en la expansión sin necesidad de la energía obscura ni de una constante cosmológica. Si bien reproduce los datos observados de una manera llamativa, aún carece de una sólida base teórica. Aunque nuestro Universo observable es una versión en tres dimensiones de un modelo de branas de 11 dimensiones (una de ellas es el tiempo), el modelo Cardassiano se aplica aún en el caso de Universos planos. Este modelo tiene sus raíces relacionadas con la termodinámica y se está trabajando para hallar las ecuaciones dinámicas derivadas de la naturaleza de los movimientos observados (Wikipedia, Principio de acción, https://es.wikipedia.org/wiki/Principio_de_acci%C3%B3n).

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Imagen de un macho Cardassiano publicada en Memory Alfa Wiki

Aún no sé si el nombre de este modelo tiene o no relación con los Cardassianos, la especie humanoide del cuadrante Alfa en la serie Star Treck (Memory Alfa Wiki, Cardassianos, http://es.memory-alpha.wikia.com/wiki/Cardassianos).

Fuentes:

pdp.

Pequeñas fluctuaciones del espacio-tiempo podrían explicar la naturaleza de la energía obscura.

La energía obscura es la responsable de que el Universo esté acelerando su expansión.
Se ha buscado muchos orígenes de ésta, incluso se propuso un modelo de Universo en rotación para explicarla. En ese modelo, la aceleración centrífuga sería la responsable de la aceleración observada en la expansión (pdp, 09/mar./2016, La energía obscura como efecto de un Universo en rotación, https://paolera.wordpress.com/2016/03/09/la-energia-obscura-como-efecto-de-un-universo-en-rotacion/).

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Gráfico de las componentes del Universo publicado en Taringa.net

Las dos grandes ramas de la Física no logran explicar su origen. Por un lado, la Relatividad se encarga del estudio de los escenarios donde hay grandes energías donde existen las partículas. Por otro, la cuántica que estudia esas partículas, su naturaleza y propiedades.
Como ambas se desarrollan en diferentes escalas, no se llevan bien a la hora de analizar problemas en común. Por eso es que no se dispone de una teoría cuántica de la gravitación y sí de una relativística.

La energía del vacío, es una energía de origen cuántico que existe incluso en ausencia de la materia (Wikipedia, Energía del vacío, https://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_del_vac%C3%ADo). Así, se la relaciona con la obscura, pero hay ciertas incoherencias.
La energía de vacío tiene características tales que, de ser responsable de la aceleración de la expansión universal, ésta sería más pronunciada que lo observado. Pero claro, no hay otra posible responsable de esta forma de expandirse que tiene el Universo.

Hay una teoría que en un principio ofrece una explicación.
Si el Universo pasara por fluctuaciones u oscilaciones aleatorias en su tramado del espacio-tiempo a escalas muy pequeñas, subatómicas, de miles de millones de veces menores que las dimensiones del electrón; éstas tendrían implicaciones a escalas mayores.
Haciendo los cálculos pertinentes, esas oscilaciones en expansión y contracción, junto con la gravedad y la energía del vacío, terminan arrojando un movimiento neto de expansión lenta pero acelerada con magnitudes coherentes con las observadas.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Se verifica la estructura del Universo primitivo a pequeña escala.

Los cuásares (Quasar: Quasi – stellar – objects) son objetos de aspecto estelar pero mucho más brillantes y activos (Wikipedia, https://es.wikipedia.org/wiki/Cu%C3%A1sar).
Se trata de núcleos activos de galaxias lejanas. Tan lejanas, que se las observa como eran en sus comienzos cuando se estaban formando. Su brillo está dominado por la actividad del agujero negro central.

Nuestro Universo nació hace unos 14 500 millones de años. En sus orígenes, se dio una época conocida como reionización, entre unos 3 mil millones a 4 mil millones de años luego del Big-Bang. En ella, la energía de los primeros objetos brillantes, volvió a partir a los átomos de la materia primitiva, fundamentalmente Hidrógeno y Helio (pdp, 05/feb./2015, Big-Bang, la época obscura y la reionización, https://paolera.wordpress.com/2015/02/05/big-bang-la-epoca-obscura-y-la-re-ionizacion/).

Se sabe de la estructura a gran escala de la materia en el Universo. Se trata de una malla de filamentos de materia obscura y ordinaria con cavidades, donde se hilvanan las estructuras galácticas como perlas en un collar; similar a la estructura de la espuma.
A menores escalas, sólo había conjeturas dadas por los modelos. Para estudiar la estructura de la materia en el Universo, se observa cómo esa materia absorbe la radiación de objetos lejanos como galaxias lejanas o mejor, cuásares.
Se hallaron dos cuásares cercanos entre sí, cosa que no es frecuente.
Se encuentran a unos 11 500 millones de años luz de casa (AL).

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Ilustración de la estructura de la red de materia en el Universo publicada en el trabajo de Alberto Rorai et al.

Eso los pone cerca de la época de reionización. Analizando la absorción de la energía que irradian por parte del material intergaláctico, se pudo analizar las propiedades de la materia primitiva.
La cercanía entre ellos, permitió observar diferencias en la distribución de la materia a escalas de 100 000 AL, galácticamente hablando, a escalas muy pequeñas (ese valor es 10 veces el tamaño de la Vía Láctea – Corrección del 1/may./2017: ese es el valor del diámetro de la Vía Láctea).
Se encontraron evidencias de ondulaciones y fluctuaciones en la distribución del material a pequeñas escalas, en épocas cercanas a la reionización, que concuerdan con las predicciones hechas por los modelos actuales.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Quizás un Universo exótico necesite una explicación exótica.

(Artículo retocado el 26/abr./2017 a las 13:30 HOA – GMT -3).
En Ciencia, muchas veces no respondemos las preguntas sino que las cambiamos por otras más complejas. Un ejemplo puede ser el estudio de la mancha fría en la radiación de fondo en micro-ondas.
Esa radiación es la huella del Big-Bang. Se produjo en el nacimiento del Universo y se aleja tan rápido de nosotros que la vemos en micro-ondas.
La primera pregunta es: ¿cómo es que nos llega si se está alejando?
Esto tiene que ver con las dimensiones del Universo. Hay más de las tres que podemos ver y esa radiación viaja en todas ellas. Una o más componentes pasan por nuestra posición.
Si fuésemos bichos planos viviendo en un la superficie de un globo que está inflándose, juraríamos que el Universo es plano y todo de aleja de nosotros a nuestro alrededor. Pero no entendemos la tercera dimensión, la radial (hacia el centro o hacia arriba). Así, la lluvia nos llegaría y la veríamos por todas partes sin saber realmente de dónde viene; para nosotros estaría por todas partes. Aquí sucede algo parecido. Además, el principio cosmológico dice que el Big-Bang se dio en todas partes al mismo tiempo, así, su radiación llenó el Universo en todas direcciones y la vemos por todas partes (pdp, 20/06/2014, El principio cosmológico, https://paolera.wordpress.com/2014/06/20/el-principio-cosmologico/). No obstante, este principio es una primera aproximación al problema del nacimiento del Universo (odo, 08/nov./2016, El principio cosmológico es una primera aproximación, luego, vale, https://paolera.wordpress.com/2016/11/08/el-principio-cosmologico-es-una-primera-aproximacion-luego-vale/). Basado en todo esto, está el problema de los horizontes. Desde una dirección nos llega la radiación de fondo desde 14 mil millones de años luz, ya que la edad del Universo es de 14 mil millones de años. Desde la dirección opuesta sucede lo mismo; luego, ¿cómo es que la radiación de fondo pudo ir de un lado al otro del Universo en el tiempo que sólo pudo ir hasta un sólo lado? (pdp, 21/11/2016, El problema de horizontes y la velocidad de la luz, https://paolera.wordpress.com/2016/11/24/el-problema-de-horzontes-y-la-velocidad-de-la-luz/). ¿Será que la luz viajaba más rápido en el origen del Universo?.

Estudiando la radiación de fondo, se encontró una mancha fría.

Imagen de la macha fría crédito de ESA Planck Collaboration.

Se trata de una región donde la radiación de fondo es de menor temperatura o energía. El modelo standard del Big-Bang ofrece una explicación. Esa radiación se originó en un gran estallido y por lo tanto viaja de regiones de mayor densidad de materia a regiones de menor densidad. A nivel local, en pequeñas regiones, la luz puede desviarse y hasta disminuir su energía cerca de grandes masas. Pero a gran escala, la luz aumenta su energía en regiones masivas y la disminuye en regiones menos masivas; así, yendo de mayor a menor densidad de materia, va perdiendo energía.
Si en su camino se encuentra con una región vacía, o de una brusca disminución de materia debido a la aceleración de la expansión Universal, disminuirá mucho su energía. Al salir de esa región, se encuentra con mayor densidad pero no tanta como antes de esa “burbuja” de casi vacío (recordemos que en general va de mayor a menor densidad). Así, recupera energía pero no tanto como la que perdió. En resumen, sale con menor energía que con la que entró en esa burbuja. Los fotones (energía) de radiación de fondo que no pasaron por esa burbuja no sienten este efecto y tienen más energía que los otros; luego, aparece esa mancha fría dada por los fotones de radiación de fondo que atravesaron la burbuja (pdp, 24/04/2015, Explicando la mancha fría y el mapa de radiación de fondo, https://paolera.wordpress.com/2015/04/24/explicando-la-mancha-fria-en-el-mapa-de-la-radiacion-de-fondo-en-micro-ondas/).

Se observaron unas 7 000 galaxias para estimar su posición y distancia buscando la región vacía producida por la acelerada expansión del Universo y responsable de la mancha fría. Se encontró con que la región que sería responsable de esa mancha fría, no está tan vacía y en realidad tiene una estructura similar al resto de las regiones del Universo. La región de la mancha fría es un grupo de “huecos” rodeados de cúmulos de galaxias. Digamos que tiene estructura como de “espuma”. En otras palabras, no se encontró un vacío capaz de crear a la mancha fría.

New survey hints at exotic origin for the Cold Spot

Imagen crédito de Durham University

En la imagen se aprecia la distribución de cúmulos de galaxias en la región de la mancha fría (puntos negros a la derecha) y en otra zona del cielo (untos rojos a la izquierda). No se observan significativas diferencias para hacerlas responsables de la mancha fría.
Luego, es necesaria una explicación por la falta de la misma a cargo del modelo standard o convencional. Quizás la mancha se dió por azar.
Pero puede ser que la explicación sea más sofisticada o exótica. Tal vez la mancha fría es el resultado del contacto o colisión entre nuestro Universo y otra burbuja de Universo vecino al nuestro.

Hay que obtener más datos para cerrar el caso.

Referencia:

Fuente:

pdp.