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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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Expansión Universal: el modelo AvERA no necesita de la energía obscura.

Se sabe que el Universo está en expansión, y además, esa expansión se acelera por efecto de la llamada energía obscura.
En un principio, sabiendo la velocidad de alejamiento de una galaxia, se podría calcular su distancia a través de la ley de expansión de Hubble. Esa ley explica cómo a mayor distancia las galaxias muestran mayor velocidad de alejamiento; todo es una cuestión de expansión del Universo y de las escalas involucradas (Wikipedia, https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Hubble).
Pero la observación de supernovas (SN), (de tipo Ia), permitieron calcular distancias. Sabiendo la intensidad de la explosión dada por la teoría, y observando la intensidad aparente, se puede calcular la distancia. Así, según SN en galaxias lejanas, se llegó a la conclusión que se estaban alejando más rápido que lo que correspondía según la ley de Hubble. Esto indicaba la existencia de una aceleración en la expansión y la existencia de una energía obscura (por desconocida) responsable de ese aumento en la velocidad de alejamiento.

El Universo de Einstein – de Sitter, es el modelo más sencillo dominado por materia. En ese modelo no se contempla la expansión acelerada. Luego, ha sido descartado por las observaciones (astronomia.net, http://www.astronomia.net/cosmologia/EdeSitter.htm)

Con el tiempo aparecieron modelos que tienden a explicar lo que sucede sin necesidad de la energía obscura.
Un modelo sugería un Universo en rotación. La acción centrífuga de las fuerzas involucradas explicarían la expansión a grandes escalas (pdp, 09/mar./2016, https://paolera.wordpress.com/2016/03/09/la-energia-obscura-como-efecto-de-un-universo-en-rotacion/)

Un fractal es una estructura donde un elemento de ella, es ella en sí mima. Es decir que si tomamos una parte de esa estructura y la aumentamos, observaremos a la misma estructura.
Asumiendo que en el Universo las galaxias se agrupan en grupos que se agrupan en otros mayores, podemos asumir una estructura fractal. En ese caso, el análisis de la expansión de las estructuras más alejadas y por lo tanto más grandes, no necesita de la energía obscura para explicarla la aceleración en el alejamiento de esas estructuras y sus galaxias componentes.
(pdp, 24/oct./2016, https://paolera.wordpress.com/2016/10/24/el-universo-tendria-estructura-fractal/).

Para marzo del 2017, un modelo vuelve a explicar la aceleración en la expansión, involucrando sólo a estructura y sin necesidad de la energía obscura.
Por un lado, la estructura del Universo es compleja. Se la puede comparar con la de una esponja o espuma. Cavidades limitadas por paredes interconectadas, donde están las mayores estructuras galácticas. Esa estructura bien podría influir en la expansión haciendo que no todas las partes se alejan de la misma manera.
Por otro lado, la ecuaciones relativísticas involucradas, son muy complejas.
Luego, la solución fue usar aproximaciones de estas ecuaciones. Esas aproximaciones son las que implicarían erróneamente la existencia de una energía obscura responsable de la aceleración en expansión observada por no tener en cuenta la estructura Universal.

Este modelo se basa en expresiones matemáticas que permiten la expansión diferencial teniendo en cuenta la estructura y manteniendo los conceptos de la relatividad general. Sometiendo ese modelo a simulaciones, se obtuvieron estructuras como las observadas y se observó cómo ésta afecta la expansión.

En el gráfico se muestra el resultado de la simulación teniendo en cuenta el modelo que involucra energía obscura (arriba a la izquierda en rojo), el modelo “AvERA” que no necesita de la energía obscura (centro en azul) y el descartado Einstein – de Sitter (derecha en verde).
Abajo se observa el incremento el factor de escalar.
Resumiendo: parece que el secreto está en la estructura.

Referencia:

Fuente:

pdp.

¿El Universo se expande más rápido?

File:NASA-HS201427a-HubbleUltraDeepField2014-20140603.jpg

Imagen de Wikipedia crédito Hubble/NASA

Se sabe que Universo está en expansión y aparentemente no se detendrá.
Para explicar esa permanente expansión, se recurrió a la energía obscura. Una clase de energía aún no bien entendida, que a gran escala, se encarga de trabajar en contra la gravedad.
Incluso, se ha propuesto el modelo de un Universo en rotación, donde la constante expansión es una manifestación centrífuga de su rotación.
La expansión Universal se detecta observando objetos lejanos.
La observando la radiación de fondo, esa radiación generada en el origen con el Big-Bang, obtenemos información de cómo se aleja de nosotros. Haciendo lo mismo con galaxias lejanas, podemos saber cómo se alejan en este Universo que se expande.
Los datos obtenidos por ambos tipos de estudios, deben ser coherentes entre sí. Sin embargo hay discrepancias y son del 9%, nada despreciables.
Esas diferencias vienen notándose desde hace unos años.
A medida que pasa el tiempo, las observaciones son más precisas. Luego, se espera que en un futuro no lejano aparezca un error observacional para ser corregido; o se está frente a una nueva situación.
Quizás la energía obscura se vuelva más eficiente en su función de expandir el Universo hasta desgarrarlo, o quizás exista una nueva partícula capaz de estirar las cuerdas que conforman el Universo que conocemos.

Referencias:

Fuente:

pdp.

El Principio Cosmológico.

Siempre nos preguntamos dónde está el centro del Universo.
Nuestro Universo tiene 10 dimensiones más el tiempo como 11va. dimensión; eso según las más modernas teorías cosmológicas basadas en branas o membranas[1], y sabemos que está en expansión.
Pero nosotros somos “bichos” euclidianos, no concebimos más de tres dimensiones perpendiculares entre sí. Para simplificar el problema, supongamos unos “bichos planos” que viven en la superficie de un globo que se expande. Ellos pensarán que están en una superficie plana infinita, ya que no conciben la tercera dimensión.
Tomemos un globo y marquémosle algunos (bastantes) puntos en su superficie. Uno de ellos puede ser reemplazado por una marca, por ejemplo, un circulito.
Comencemos a inflar el globo emulando la expansión de ese Universo. Veremos que todos los puntos se alejan en la misma proporción.
Pongamos un papel transparente sobre el globo y copiemos esos puntos en él. Sigamos inflando el globo y repitamos la operación sobre otro papel como el anterior. Así tendremos dos imágenes del ese Universo en dos momentos diferentes de su expansión.
Los habitantes de ese Universo plano, no conciben la dirección al centro del globo en la cual está el centro de expansión de su Universo. Si vemos los puntos marcados sobre los papeles, veremos que entre ellos no hay un centro a partir del cual todo se aleja de él.
unoSuperpongamos los papeles. Si hacemos coincidir el circulito en ambos, veremos que todos los puntos se alejan radialmente de él, ¿será ese el centro del Universo observable?
Si superponemos dos posiciones de otro punto cualquiera, veremos que se repite el mismo efecto.
No importa qué dos posiciones del mismo punto superpongamos, los demás se verán alejados radialmente de ese punto.
dos

Luego, todos pueden tomarse como centro del Universo observable. No importa dónde estés, podés decir que estás en el centro del Universo que puede ser observado (no que lo seas).
A esto se lo conoce como Principio Cosmológico[2].

 


 

Referencias:

  1. http://es.wikipedia.org/wiki/Teoría_M
  2. http://es.wikipedia.org/wiki/Principio_cosmológico

Fuente:

  • Los gráficos mostrados son capturas del video que sirve de fuente para este artículo a los 8:33 de su reproducción.

pdp.

La antimateria podría explicar los efectos de la materia y energía obscuras.

La antimateria [1], es materia formada por átomos donde sus componentes tienen la misma masa pero la carga opuesta. Así, en electrón tiene su contraparte en al positrón, el protón en el antiprotón y el neutrón queda con una antipartícula de la misma carga como su antipartícula. La antimateria se aniquila con la materia cuando se encuentran liberando energía.

Como la materia es una forma en que se presenta la energía, de ella se forman partículas y antipartículas que luego colapsan retornando la energía utilizada para su formación, o salen con velocidades que les permite alejarse. Así se podrían ir evaporando los agujeros negros [2].

Si el origen de la materia implica la aparición de su contraparte, algo sucedió en el Big-Bang que no apareció la antimateria. Si la antimateria tiene las mismas propiedades gravitatorias que la materia ordinaria, ambas deberían haber colapsado y aniquilarse y hoy el Universo sería sólo energía. O bien, en el caso en que se hayan separado, la antimateria debería haber formado estructuras como la materia y deberíamos ver galaxias de antimateria; a menos que… la antimateria no se comporte gravitacionalmente como la materia.
¿Qué tal si la antimateria sometida a un campo gravitatorio cae más rápido, o más despacio, o incluso antigravitar y “caer hacia arriba” o sea en la dirección opuesta a la esperada?
De ser así, la física cuántica podría explicar los efectos de la elusiva materia obscura en las grandes estructuras galácticas y de la energía obscura que actúa a gran escala acelerando la expansión del Universo.

Para eso, en la Organización Europea para la Investigación Nuclear también conocida como CERN [3], se realizó un interesante experimento.
Se creó un átomo de anti-hidrógeno (un núcleo con un antiprotón y un neutrón y un sólo positrón en órbita alrededor de él). Se lo mantuvo “encerrado” por unos campos magnéticos para que no tenga contacto con la materia y se aniquile. Luego, se suspendió ese campo para observar cómo de comportaba bajo la acción de la gravedad. Se encontró que no podía caer a más de 100 veces que como lo haría un átomo ordinario de hidrógeno y no podía anti-caer a más de 65 veces que lo predicho por la teoría.
Estas experiencias son poco significantes (aunque nada despreciables) debido a que los átomos de anti-hidrógeno tenían mucha velocidad (muy calientes) y eso dificultaba el experimento. Se está trabajando en la creación de este tipo de átomos pero más fríos para mejorar la calidad de los resultados de las experiencias.

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Referencias:

  1. Antimateria – http://es.wikipedia.org/wiki/Antimateria
  2. Radiación Hawking confirmada – https://paolera.wordpress.com/2010/09/28/radiacion-hawking-confirmada/
  3. CERN – http://home.web.cern.ch/

Fuentes:

pdp.