Archivo de la etiqueta: Cosmología

Puede haber vida en Universos sin fuerza débil.

Se sabe que sutiles cambios pueden generar graves consecuencias.
Si en nuestro Universo las condiciones iniciales hubieran sido diferentes, tal vez no se habría dado la vida. Por ejemplo, si la gravedad entre masas hubiera sido a mayor escala, la materia colapsaría demasiado, formaría agujeros negros por todas partes y en ese ambiente no habrían sistemas propicios para la aparición de vida. Por otro lado, de haber sido a menor escala, las nubes de gas no colapsarían formando estrellas masivas generadoras de elementos pesados, las que al explotar, retornen al espacio esos elementos capaces de formar otras estrellas con planetas con la química necesaria para la vida.

Pero hay cambios que si bien hubiesen implicado diferencias con nuestro Universo actual, igualmente se podría haber dado la vida. Luego, si hay otros Universos con condiciones iniciales diferentes al Nuestro, bajo una Física similar a la nuestra, podrían tener vida.

En nuestro Universo se dieron 4 fuerzas en la escala adecuada.
La gravitatoria, gracias a la cual se forman estrella y planetas.
La electromagnética, a la que le debemos la propagación de energía de ese tipo como la luz visible, tan útil para la vida.
La nuclear fuerte, gracias a la cual se mantiene armado el núcleo de los átomos de los que todo está hecho.
La nuclear débil, llamada así por ser mucho menor a la anterior, y es la responsable del decaimiento o desintegración de los neutrones.

Nuestro Universo está lleno de Hidrógeno. Éste se procesa en las estrellas generándose elementos más pesados. Para eso, el decaimiento de los neutrones es muy importante. Así, se retorna material enriquecido al espacio, del que aparecen estrellas y planetas propicios para tener vida.

Pero si no se hubiese dado la fuerza nuclear débil, las cosas hubieran sido distintas, pero no tanto.
Si en semejante Universo, habrían muchos neutrones sin las condiciones para que decaigan. Así, el elemento más común sería el Deuterio o Hidrógeno pesado, que consta de un átomo similar al del Hidrógeno, pero con un neutrón acompañando al único protón en el núcleo, además del único electrón orbitándolo (el Hidrógeno tiene sólo un protón en su núcleo, luego el Deuterio es un isótopo del Hidrógeno).
De esta manera, las estrellas quemarían Deuterio, en un proceso más eficiente que en el del Hidrógeno. Al no haber decaimiento, no se producirían elementos más pesados que el Hierro, pero de todas formas habría una gran variedad de especies químicas.
Lo interesante es que no habría agua basada en Hidrógeno (H20 – óxido de Hidrógeno), sino que la habría basada en Deuterio. Conocida como agua pesada (2H20 – óxido de Deuterio).
Si bien este agua es tóxica para Nosotros, no lo sería para formas de vida generadas en ella.

illustration of alternate universes

Ilustración: Juergen Faelchle/Shutterstock

Así, un Universo lleno de estrellas y planetas con vida es posible sin la existencia de la fuerza nuclear débil.

Referencia:

Fuentes:

pdp.

Anuncios

Inestabilidades en el espacio-tiempo de Friedman explicarían el efecto de la energía obscura.

El aumento en las distancias a objetos lejanos nos indica que el Universo está en expansión.
Einstein supuso un Universo estático por lo que consideró la existencia de una constante cosmológica en sus ecuaciones.
Esa constante fue eliminada por el mismo Einstein cuando se encontró que existía una expansión, oportunidad en la que reconoció que se había equivocado. Cuando se observó una aceleración en esa expansión, la constante volvió, claro que con “otro aspecto”.
Es lógico hallar una expansión si el Universo nació de una gran explosión. Pero la gravedad debería estar frenándola, y a cambio, se observa que se expande cada vez más rápido. Esa expansión acelerada es producto de una energía de origen desconocido por lo que se la llama energía obscura.

Video: The Universal Balance of Gravity and Dark Energy Predicts Accelerated Expansion.

Publicado el 16 may. 2016

Se mostraron varios modelos con el fin de explicar lo que sucede.

Se llegó a considerar un Universo en rotación, donde la aceleración centrífuga vencía a la gravitatoria provocando un aceleración resultante en el alejamiento de los objetos lejanos (pdp, 9/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/).

El espacio-tiempo de Friedman (https://es.wikipedia.org/wiki/M%C3%A9trica_de_Friedman-Lema%C3%AEtre-Robertson-Walker), es un modelo que describe nuestro Universo considerándolo homogéneo e isótropo (iguales propiedades en todas direcciones). Con algunas variaciones de esas ecuaciones, se desarrolló un modelo con raíces en la Termodinámica conocido como Universo Cardassiano. Si bien reproduce lo observado, no tiene sólidas bases teóricas que lo respalden (pdp, 29/may./2017, El modelo Cardassiano de Universo, https://paolera.wordpress.com/2017/05/29/el-modelo-cardassiano-de-universo/).

Ahora, para noviembre del 2017, se piensa que las ecuaciones de originales de Einstein son correctas y no es necesaria la constante relacionada con la aceleración en la expansión.
El Universo se expande en un espacio-tiempo de Friedman que no es estable.
En ese modelo de espacio-tiempo, se supone que la materia está distribuida uniformemente (homogéneo), lo que no sería tan así.
De esta manera, cualquier variación en la densidad de materia o en el curso de un cuerpo (galaxia), provocará una “inestabilidad local” que dará como resultado un “empuje” asociado a una aceleración en la expansión. Curiosamente, y en teoría, se encontró que en esas inestabilidades locales aparecen aceleraciones comparables a las que se dan en el marco de la energía obscura. Bajo este punto de vista, la energía obscura no es necesaria para producir la aceleración en la expansión observada.

Referencia:

Fuente:

pdp.

¿Filamento o Cuerda Cósmica?

Según la Cuántica, las partículas se pueden comportar como ondas.
Con esa base, se desarrolló la Teoría de Cuerdas (las que vibran como ondas) que describe el Universo y su evolución (AstroMía, La teoría de cuerdas, http://www.astromia.com/astronomia/teoriacuerdas.htm).
De ser correcta, como consecuencia de los cambios (de fase) sufridos por el Universo en su evolución, debieron quedar estructuras unidimensionales llamadas cuerdas cósmicas como remanentes (y testimonio) de esos cambios. Éstas serían las responsables de la formación de estructuras galácticas (LIGO Scientific Collaboration, ¿Existen las Cuerdas Cósmicas?, http://www.ligo.org/sp/science/Publication-S5S6CosmicStrings/index.php).

Lo que sucede en el centro de nuestra Galaxia, está obscurecido por el material interestelar, fundamentalmente polvo, que abunda en esas regiones. Allí, vive el agujero negro supermasivo de la Vía Láctea, en el que cae material arremolinándose y autofriccionando. En ese proceso se recalienta emitiendo energía, la cual sólo puede ser observada en largas longitudes de onda (infrarrojo o en radio-ondas), ya que sólo esa radiación puede atravesar el polvo y llegar a nosotros.

Observando en ondas de radio la vecindad de nuestro centro galáctico, se observó una estructura delgada, sinuosa, con un extremo aparentemente ligado al agujero negro central.

cuerdaCosmica
Imagen del centro galáctico en diferentes frecuencias de radio-ondas. El filamento se señala como SgrAWF. Debajo, se indica con una cruz la posición del agujero negro central SgrA*. Crédito:  NSF/VLA/UCLA/M. Morris et al.

Hay tres explicaciones para esta estructura.
Puede ser un filamento de materia no vinculado al centro de nuestra galaxia y nos engaña la perspectiva. Su forma es inusual. Posiblemente esté deformado por la expansión de materia desde una supernova o estrellas muy activas.
También puede ser un conjunto de partículas cargadas que se mueven bajo el campo magnético del agujero negro central. Las partículas, debido a su carga eléctrica, sienten una fuerza ejercida por el campo magnético del agujero negro. Luego, como todas las cargas sometidas a una fuerza, emiten energía detectable de radio-ondas.
Pero puede tratarse de una de las hasta ahora no halladas cuerdas cósmicas, la que está transportando materia. Esta cuerda habría migrado al centro de la Vía Láctea, anclándose en un extremo al agujero negro luego de “tocarlo”. En este caso se tendría la evidencia observacional de la validez de la Teoría de Cuerdas.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Posible explicación de las 3 dimensiones que observamos.

Se sabe que en los orígenes del Universo se dieron 11 dimensiones, 10 espaciales y el tiempo.
La pregunta siempre fue: ¿por qué sólo vemos 3 dimensiones espaciales?
Unos decían que se debía a un proceso de selección natural por el cual nos convertimos en “bichos Euclidianos” (de tres dimensiones). Otros, pensaban que las otras dimensiones estaban “muy curvadas” para que las podamos detectar.
Pero parece que hay otra opción, que no todas se hayan expandido en el Big Bang.

Sabemos que la materia está formada por partículas, átomos que están formados por protones, neutrones y electrones. Los protones está formados por quarks y éstos se mantienen unidos (para formar protones) por gluones.
Por su parte, los quarks y antiquarks se vinculan por una energía que es capaz de fluir por un canal o tubo entre ambos. Si las dos partículas se encuentran, se aniquilan y ese tubo desaparece.
Pero si hay una expansión, ambas se alejan y ese tubo se interrumpe (se corta) liberando la suficiente energía como para formar otro par quark – antiquark unidos por nuevos tubos a los anteriores.
Para que esta trama sea estable, los tubos deben estar entrelazados; mejor aún si forman nudos. Esto da origen a una trama estable que sólo puede darse en tres dimensiones según los estudios.

Ilustración crédito de Keith Wood/Vanderbilt.

Luego, de las 10 dimensiones espaciales sólo un grupo de 3 logró la estabilidad y sobrevivió en la expansión; las otras no lo lograron.

Referencia:

Fuente:

pdp.

Se encuentra la mitad de la materia bariónica faltante.

Los bariones, son partículas sub-atómicas tales como los protones y neutrones que se encuentran en el núcleo de los átomos (https://es.wikipedia.org/wiki/Bari%C3%B3n).
La materia ordinaria es entonces materia bariónica.
Pero en el Universo el 95% de la materia es materia obscura (23%) y energía obscura (72%). La primera se encarga de mantener armadas a las grandes estructuras galácticas. La segunda, se encarga de acelerar la expansión Universal. Ambas reciben el calificativo de “obscuras” por no poder ser observas, sólo detectadas gravitacionalmente.
El resto de la materia (5%) es materia ordinaria. Pero de ella sólo se observa la mitad.

Según los estudios, esa materia ordinaria faltante está dada por gas ionizado, es decir, gas formado por átomos partidos en electrones, protones; o sea en bariones. Este gas formaría estructuras de filamentos que unen a las galaxias.
El Espacio tiene una trama filamentosa de gasa gran escala, donde las galaxias y cúmulos de ellas se encuentran en esos filamentos como “perlas en un collar”.

Model of universe structure

Ilustración de la estructura de filamentos que hay en el Espacio a gran escala – Crédito:  Andrey Kravtsov

El efecto Siunyáiev – Zeldóvich (SZ), se produce cuando la radiación de fondo en micro-ondas interactúa con materia ionizada. Esa radiación, es la que proviene del Big-Bang, el origen del Universo. Al interactuar con los bariones, altera su frecuencia hacia mayores energías (pdp, 17/mar./2017; Un agujero en la rdiación de fondo…, https://paolera.wordpress.com/2017/03/17/un-agujero-en-la-radiacion-de-fondo-en-mircoondas-el-efecto-siunyaiev-zeldovich/). Eso hace que en la región donde se encuentra con gases ionizados se la deje de detectar en micro-ondas.

Observando galaxias del tipo Brillantes Rojas, se encontró que entre ellas se estaba dando el efecto SZ. Luego, la radiación de fondo está interactuando con gas ionizado que se encuentra entre ellas. El análisis de ese efecto sugiere que se trata de filamentos en los que se encuentran esas galaxias. Estos filamentos de materia conforman aproximadamente la mitad de la materia bariónica faltamte y son muy tenues para haber sido detectado antes con los instrumentos disponibles en rayos X.

Referencia:

Fuentes:

pdp.

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.

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.