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El color del Universo.

Para saber el color del Universo debemos ver en cielo de noche, ya que de día nos encandila el Sol.
Veremos que la noche es negra pero con estrellas. Luego, ¿es negro o tiene color por las estrellas?
Es un problema similar al de decir si en el Espacio hay vacío. Si cierro el puño en el Espacio digo que está vacío porque nada agarro. Sin embargo hay planetas, asteroides, estrellas. Así, el problema del vacío depende de la escala en la que trabajamos (Caminando el Espacio – El camino libre medio | pdp, https://paolera.wordpress.com/2016/02/19/caminando-el-espacio-vacio-vacio/).
Lo mismo sucede con el color del Universo.

El color de las estrellas define el color del Universo.
En Él, hay radiación de alta frecuencia y también de muy baja, incluyendo la radiación de fondo debida al Big-Bang; todas ellas invisibles a nuestros ojos. Luego, para Nosotros, color del Universo depende de la luz visible de la estrellas. El color de las estrellas depende de su temperatura. Las más calientes son azuladas y las más frías son rojas. A temperaturas intermedias corresponden colores amarillos, verdes y combinaciones. Por ejemplo, el Sol es amarrillo-anaranjado. Irradia en todas las frecuencias pero con mayor intensidad en ese rango de colores. Sin embargo nos parece blanco porque su intensidad nos encandila y satura nuestra lectura del color. El cielo se ve celeste durante el día porque la atmósfera dispersa la luz azul proveniente del Sol en lo que se llama dispersión Rayleigh.

De noche, las estrellas no nos encandilan y podemos apreciar su color. Además, de noche, la atmósfera no afecta demasiado si observamos las estrellas altas en el Horizonte.
Si queremos saber el color del Universo debemos integrar los colores de todas las estrellas del Universo como si tuviéramos un ojo astronómicamente enorme que nos permite verlas a todas jutas.

En el 2002 se integró y se halló el color de todas estrellas del Universo.
El color resultante fue marrón claro, algo como un color café con leche. Por supuesto, eso depende la la cantidad de leche que se le agregue al café más o menos cargado.
Así el color resultó bautizado como café con leche (o cortado) cósmico.
Se los presento:

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Café con leche o cortado cósmico – crédito: Karl Glazebrook, Ivan Baldry, Brian Koberlein

Este color no será eterno.
Las estrellas entregan energía porque el Universo busca el equilibrio termodinámico. Esto lo dice el principio de Entropía. Por eso los cuerpos calientes calientan sus vecindades. Cuando todas las estrellas vayan envejeciendo, prevalecerá el rojo. También su intensidad será cada vez menor hasta que, finalmente, todo se apague cuando la última estrella muera.

Referencia:

Fuente:

pdp.

La evolución de la estructura del Universo y Los Dedos de Dios.

Sabemos de la estructura del Universo, pero debemos entender cómo evolucionó hasta tenerla.
Las estrellas y cúmulos de estrellas forman galaxias, como por ejemplo nuestra Vía Láctea. Las galaxias se reúnen en cúmulos de galaxias, como la Nuestra, Andrómeda y otras, que se encuentra en el grupo local. Los cúmulos se reúnen en supercúmulos, como nuestro grupo local y otros vecinos como el gran cúmulo de Virgo, que pertenecen al supercúmulo de Virgo que es una parte o “suburbio” del gran Laniakea (Laniakea, el cielo inconmensurable | pdp, https://paolera.wordpress.com/2014/09/05/laniakea-el-cielo-inconmensurable/).

Para estudiar la estructura del Universo, debemos medir la distancia y velocidad de las galaxias cada vez a mayores escalas. Recordando que a mayor distancia las galaxias se alejan con mayor velocidad (por la expansión Universal y la acción de la energía obscura), se obtuvo una llamativa estructura.

Se observan filamentos radiales hacia nosotros. Se los llamó Los Dedos de Dios.

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En la imagen de la izquierda se observan Los Dedos de Dios como filamentos radiales hacia nosotros ubicados abajo y al centro  – A la derecha se observa la imagen corregida – Crédito: (M.U. SUBBARAO ET AL., NEW J. PHYS. 10 (2008) 125015; IOPSCIENCE.

Es imposible que en todo el Universo existan filamentos hacia nosotros (en la imagen de la izquierda estamos abajo y al centro). Evidentemente se trataba de un efecto de mala reducción o interpretación de los datos observacionales.
Recordemos que en el Universo todo está en movimiento y sujeto a la acción de las fuerzas gravitatorias. Las galaxias participan del movimiento de la estructura donde se encuentran, moviéndose como deben por estar donde se encuentran. Pero también tienen un movimiento propio; uno con el que se moverían su estuvieran aisladas del grupo. Incluso, ese movimiento está afectado por la acción gravitatoria de estructuras cercanas. O sea que las galaxias pueden mostrar un alejamiento mayor o menor que el correspondiente a su distancia. Eso termina afectando los datos y aparecen Los Dedos de Dios.
Luego de hacer las correcciones necesarias, se obtiene la estructura esperada.
Nuestro Universo muestra una estructura filamentosa. Hilos de materia donde hay galaxias como perlas hilvanadas en un collar. Donde los filamentos son más gruesos o donde se unen dos o más de ellos, hay estructuras más grandes como cúmulos, supercúmulos o incluso murallas galácticas (Posible estructura galáctica mayor a la Muralla Sloan | pdp, https://paolera.wordpress.com/2014/01/03/posible-estructura-galactica-mayor-a-la-muralla-de-sloan/).

Pero ahora la pregunta es: ¿cómo se llegó a esa estructura?
¿Acaso se formaron pequeñas estructuras que se unieron en otras mayores (de abajo hacia arriba)?
¿O acaso se formaron de arriba a abajo, donde estructuras enormes se fueron fragmentando en menores?

En el primer caso, se formaron estrellas las que se unieron en galaxias. Éstas en cúmulos y éstos en supercúmulos. En el segundo, las grandes estructuras van colapsando en estructuras menores hasta llegar a las estrellas.
Recordemos que las estrellas son los elementos básicos que dan origen a las grandes estructuras.
También debemos recordar que en el Big-Bang, la materia apareció uniformemente distribuida. Una “imperfección” pudo dar origen a una alocada coagulación de materia. Un pequeño colapso genera gravitación que atrae más materia, la que aumenta la gravitación y así sigue la desbocada acreción.

En el primer caso, las imperfecciones se habrían dado a pequeña escala.
Primero comenzaron las protoestrellas que luego se fueron agrupando en protogalaxias. Luego éstas lo hacieron en protocúmulos y finalmente éstos en protosupercúmulos. Cuando las estrellas comenzaron a brillar quedaron todas las estructuras definidas.

En el otro caso, las imperfecciones se dieron a gran escala.
Grandes estructuras fueron colapsando en otras menores por regiones. Primero comenzaron a darse los protosupercúmulos, luego éstos fueron sufriendo coagulaciones localizadas en forma de protocúmulos. Más tarde, en ellos, se dieron protogalaxias donde comenzaron las protoestrellas. Cuando se encendieron las estrellas, terminaron de definirse todas las estructuras superiores.

Al día de Hoy, casi fines del 2019, la respuesta es: Ambos al mismo tiempo.
Se dieron imperfecciones en pequeñas y grandes escalas, incluso también en medianas escalas.
Es lógico pensar que los colapsos a pequeña escala pudieron haber comenzado un poco antes que los de escalas mayores, aunque los estudios indican que el Universo evolucionó con una ligera ventaja de las imperfecciones a gran escala.

Fuente:

pdp.

La energía obscura y la vida en el Universo.

En el Universo se dieron condiciones favorables para la vida tal como la conocemos.
La energía obscura es la encargada de expandir aceleradamente el Universo en el que nacimos. Aunque su naturaleza aún se discute, tuvo un papel importante en la aparición de la vida (pdp, 05/ago./2018, Sobre el origen de la enegía obscura, https://paolera.wordpress.com/2018/08/05/sobre-el-origen-de-la-energia-obscura/).

De haber sido menor, el Universo hubiese recolapsado. De haber sido mayor, la expansión no hubiese permitido la formación de átomos estables.
Su valor, permite la expansión a gran escala, y a escalas pequeñas, permitió la formación de átomos, luego de moléculas y de complejos gaseosos donde nacieron estrellas. Las masivas retornaron material enriquecido al Espacio de donde nacieron estrellas de segunda generación (como el Sol). A su alrededor se generaron planetas y al menos en el Nuestro, se dio la vida.

Si bien las condiciones se dieron físicamente en forma aleatoria, se investigó entre qué valores la energía obscura resultó favorable a la aparición de la vida.
Según los modelos actuales y datos observados, tales como la masa total y constates físicas Universales, la energía obscura es muchísimo menor a la esperada (unas 10-120 veces, o sea 120 órdenes de magnitud inferior).
Coincidentemente, la masa de neutrinos en el Universo es menor a la esperada – ¿hay relación? – para algunos, sí, la hay
Las simulaciones mostraron que si se aumenta la energía obscura a valores muy altos, por ejemplo más del valor esperado, igualmente se tendrían estrellas, en menor cantidad, pero sólo un 15% menos.

Video: Could a Multiverse be hospitable to life?

Publicado el 14 may. 2018

Luego hay un rango muy amplio en el que la energía obscura es favorable a las condiciones de aparición de la vida. Así las cosas, la energía obscura no tuvo mayor influencia en Nuestra aparición en el Universo.

Si existen otros Universos y en ellos hay energía obscura como en el Nuestro, y si suponemos que el valor de éstas es aleaorio, entonces, teniendo en cuenta el amplio rango de valores favorables para aparición de vida, en ellos es altamente probable la aparición o existencia de la vida; eso si la naturaleza de esos Universos no es diferente a la del Nuestro.

Referencia:

Fuentes:

pdp.

¿Cuál es la mayor distancia esperada para un objeto en el Univesro?

El Año Luz (AL) es la distancia que recorre la luz en un año viajando a 300 mil Km./seg.
Así, si la luz de un objeto tarda en llegarnos cierto tiempo t expresado en años, decimos que está a una distancia dada por t AL.
Si el Universo nació hace unos 14 mil millones de años (13800 millones), un objeto nacido con Él y moviéndose a la velocidad de la luz estará a unos 14 mil millones de AL de nosotros.
Así, en primera instancia, esa sería la mayor distancia esperada para un objeto.

File:NASA-HS201427a-HubbleUltraDeepField2014-20140603.jpg

Galaxias distantes – Crédito: Hubble Team, Space Telescope

Pero resulta que los objetos no están quietos. Si su luz tardó t años en llegarnos, en ese tiempo se habrá movido otros t AL; luego el objeto más lejano podría estar a unos 28 mil millones de AL (27600 millones).
Pero hay objetos a unos 30 mil millones de AL, como por ejemplo la galaxia GN-z11 (https://es.wikipedia.org/wiki/GN-z11).

Cuando hablamos de altas velocidades como la de la luz, se dan efectos relativísticos. Uno de ellos es el conocido como contracción de las barras. A altas velocidades, las dimensiones en la dirección del movimiento se acortan, no así las perpendiculares a él.
Cuando medimos la distancia a un objeto lejano alejándose a gran velocidad, sucede este efecto. Si corregimos por Relatividad, la distancia es mayor. Luego, en este caso, la máxima distancia pasa a ser 3 veces la observada; así tenemos que la máxima distancia esperada sería de 41 mil millones de AL (41400 millones, es decir 3 veces 13800 millones).
Pero recordemos que el Universo se expande. Eso hace que nuestra “regla” quede fuera de escala porque ella no se estira con el espacio que mide. Así, ahora, la máxima distancia esperada es mayor aún. Pero queda algo más a tener en cuenta.

La curvatura del espacio-tiempo por la presencia de grandes estructuras masivas.
La distancia a gran escala, deja de ser la longitud de la recta entre dos puntos para ser la longitud de la curva que los une. Haciendo las cuentas involucradas, el resultado para la mayor distancia esperada es de 46 mil millones de AL.

Pensemos.
De esta manera, el Universo es de 92 mil millones de AL de “ancho”. La observación de la radiación de fondo en micro-ondas, originada en el Big Bang, está por todo el cielo. Eso indica que la luz recorrió todo el Universo desde que comenzó hasta Hoy.
Luego, recorrió el Universo de un extremo al otro, en el tiempo en que debía haber recorrido sólo la distancia a un extremo; o sea ¿cómo pudo la luz recorrer el doble de lo que podía haber recorrido en lo que va del Universo?
A esto se lo conoce como el problema de horizontes.
Tal vez la luz tenía una mayor velocidad en aquellos tiempos cuando todo comenzó (pdp, 24/nov./2016, El problema de horizontes, https://paolera.wordpress.com/2016/11/24/el-problema-de-horzontes-y-la-velocidad-de-la-luz/)

Referencia:

pdp.

El telescopio espacial James Webb podría confirmar la estructura de la materia obscura.

La elusiva materia obscura podría mostrar interacciones no gravitatorias con la materia ordinaria de los albores de Universo.

Esta materia es la que mantiene unida a las galaxias. En sus filamentos colapsó la materia ordinaria dando origen a las estructuras galácticas, las que son enjambres enormes de estrellas que conviven con materia ordinaria.

Video: The first stars turning on in the Universe.

Ethan Siegel
Publicado el 23 ene. 2015.
Animation / simulation by NASA’s Spitzer Space Telescope team of the formation of the first stars in the Universe.

Pero la materia obscura sólo interactúa con la ordinaria en forma gravitacional, de ahí su calificativo de obscura. Lamentablemente al menos hasta ahora no se observó ni detectó materia obscura que no sea por su acción gravitatoria.

Sabemos que los eventos ultralejanos, se dieron en el origen del Universo. También sabemos que la energía o radiación proveniente de esos eventos o de las fuentes involucradas, llega a nosotros “corrida” a longitudes de onda mucho mayores por un efecto relativístico. Así es como vigorosos eventos energéticos ultralejanos dados en longitudes de onda cortas, nos llegan en longitudes de onda mayores, en el infrarrojo, infrarrojo cercano y más allá; en luz donde nuestros telescopios no son sensibles.
Nos estamos perdiendo una ventana de observación.

El Universo es activo en la longitud de onda de 21 cm. observable con radiotelescopios. En esa longitud de onda el Hidrógeno emite naturalmente.
Las nubes de Hidrógeno lejanas, las primeras en darse en el Universo, envían esa actividad en 21 cm. la que nos llega corrida más aún hacia longitudes de onda mayores.
En observaciones del Universo joven realizadas en esas longitudes de onda, se detectó radiación estelar de cuando el Universo tenía apenas 180 millones de años de edad.
Aquí hay un enorme descubrimiento, las primeras estrellas ultralejanas.

Además, estas estrellas están interactuando con el Hidrógeno que las rodea. Analizando esos escenarios, se detectó que el Hidrógeno irradió en esa frecuencia entre los 180 millones y 260 millones de años de edad del Universo. Lo sorprendente es que estaba más frío de lo esperado.
Los modelos actuales (standard) no explican esa menor temperatura observada. Algo se está escapando en los modelos standard. Así, surge la idea de que ese proceso de enfriamiento se deba a interacciones del Hidrógeno primordial (materia ordinaria) con materia obscura.
De ser así, sería la primera evidencia de interacción entre ambos tipos de materia que no sea de manera gravitacional. Pero esto debe confirmarse con observaciones hechas en esa ventana que nos estamos perdiendo.

El telescopio espacial James Webb, aún en tierra, será sensible a las longitudes de onda del infrarrojo necesarias para obtener datos del Universo en esa ventana observacional que nos estamos perdiendo.
Luego, este instrumento podría llevar a otro gran descubrimiento: la interacción no gravitatoria entra la materia obscura y la ordinaria en los albores del Universo, lo que está relacionado con las partículas componentes de la materia obscura y sus propiedades.
Cha, cha, cha, chaaaaaaaannnn…. (continuará).

Referencia:

Fuente:

pdp.

Sobre distancias y velocidades de las galaxias (estimando el Universo)

La Astronomía nos ubica en el Universo.
Primero nos sacó del centro del Sistema Solar y luego del de la Vía Láctea. Ahora estamos viendo hasta dónde llega el Universo, las distancias involucradas a las galaxias más lejanas; sus movimientos.
Al principio se midieron las distancias a las galaxias más cercanas y sus velocidades. Resultó que se alejaban y eso no fue todo. Se escapaban más rápido con la distancia. Ahí nació la constante de expansión de Hubble, que nos dice la velocidad de alejamiento en función de la lejanía. Luego, sabiendo que ciertas estrellas variables tienen un brillo intrínseco, se las usó como candelas para estimar las distancias. Midiendo su brillo aparente, se puede saber en base al intrínseco, la distancia a la galaxia donde se encuentra. En base a esa distancia se esperaba que tengan una velocidad de alejamiento dada por la constante de Hubble, pero resultó que se escapaban con mayor velocidad. Apareció la aceleración dada por la energía obscura.
Ahora hay modelos basados en la materia obscura que nos dan la probabilidad de hallar una galaxia a cierta distancia, a esa colección de estimaciones se la conoce como escala de distancia inversa, escala de distancia cósmica o escala de distancia extragaláctica (cosmic distance ladder – https://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_distance_ladder).

Esquema de evolución del Universo crédito de C. FAUCHER-GIGUÈRE, A. LIDZ, AND L. HERNQUIST, SCIENCE 319, 5859 (47)

El problema de las distancias y velocidades no es sencillo a grandes escalas.
Sabemos que cuando vemos un objeto muy lejano, lo vemos como era hace mucho tiempo atrás debido al tiempo que tarda en llegarnos la luz. Luego, en el caso de una galaxia, la observamos joven a una cierta distancia con cierta velocidad de alejamiento. Pero en todo ese tiempo que tardó en llegarnos su imagen, ésta se alejó más. Ahora, ¿dónde está?, ¿cómo se mueve?.
Sólo podemos conjeturar respuestas en base a los modelos que tenemos. Éstos se pueden extrapolar, suponer que las cosas mantienen sus propiedades con el tiempo, pero… ¿hasta dónde o cuándo? No nos olvidemos que a cierta distancia las cosas se alejaban todas con la misma velocidad, luego con mayores y a mayor distancia hay aceleración. Donde unos métodos son buenos, otros fallan, hay errores involcrados y todos dependen de las tan preciadas distancias y velocidades buscadas.

No es fácil.
Es sutil y fascinate.

Referencia:

pdp.

El origen de la materia en el Universo (rompiendo simetrías).

Artículo corregido el 10/ago./2018 a las 14:45 HOA (GMT -3).
En el Universo apareció la materia de la que todo está hecho, incluso nosotros, cuando dejaron de valer ciertas condiciones.
En la Naturaleza hay simetrías. Éstas son condiciones que se cumplen (o deberían hacerlo) en diversas situaciones (https://es.wikipedia.org/wiki/Simetr%C3%Ada_en_f%C3%Adsica).

Llama la atención la ausencia de antimateria en Universo. Se congetura que cuando apareció la materia, las leyes Físicas no eran las mismas para la materia que para la antimateria y, por falta de simetrías, la antimateria se aniquiló con parte de materia generando otras partículas (pdp, 09/mar./2017, La violación CP explica la abundancia de materia sobre la antimateria, https://paolera.wordpress.com/2017/03/09/la-violacion-cp-explica-la-abundancia-de-materia-sobre-la-antimateria/).

También resulta llamativo la existencia de partículas sin masa.
¿Puede existir una partícula si no tiene masa?
Sí, puede.
Cuando vemos la conocida ecuación E=mC2, donde m es la masa de un objeto y C la velocidad de la luz, resulta que E es la emergía almacenada en esa masa, o sea la necesaria para crearla; luego, la masa es una forma de energía. O sea que una partícula puede existir en forma de energía almacenada de alguna manera y aparecer con masa cuando se mueve a la velocidad de la luz. Por ejemplo: el fotón (partícula de luz – energía), que en reposo no tiene masa y la adquiere cuando aparece con velocidad C. Otra partícula sin masa en reposo es el gluón, que sirve de unión (glue = pegamento en inglés) entra quarks para formar neutrones.

¿Pero de donde provino la materia del Universo?
Veamos.

Ilustración de evolución del Universo. Nada de esto se habría dado sin la aparición de la materia. Crédito: NASA / CXC / M. WEISS

Cuando el Universo se expandió en el Big-Bang, éste comenzó a generar trama de espacio – tiempo. En ese proceso aumentó la energía obscura pero a cambio otros niveles de energía comenzaron a disminuir, proceso por el cual el Universo aceleraba su expansión mientras se enfriaba (pdp, 05/ago./2018, Sobre el origen de la energía obscura, https://paolera.wordpress.com/2018/08/05/sobre-el-origen-de-la-energia-obscura/).

Entre los niveles energía que disminuían estaba la del campo de Higgs (en honor a Peter Higgshttps://es.wikipedia.org/wiki/Peter_Higgs). Debajo de un determinado valor, muy pequeño aunque no nulo, comenzaron a romperse ciertas simetrías. En esas condiciones, de la energía almacenada en el campo de Higgs, se produjeron 4 eventos.
De dos de ellos se generaron partículas con masa y con cargas eléctricas. De las otras dos se generaron partículas sin carga; una fue el fotón sin masa en reposo y la otra ganó masa dando origen al bosón de Higgs. Luego, moviéndose y chocando a gran velocidad, todas ellas fueron generando la materia y las estructuras de ella que hoy observamos.

Fuente:

pdp.