�Hola All!


Me lleg� esta interesante entrada de Arturo Quirantes[1] tratando sobre:


(recomiendo ver el art�culo en la web original para disfrutar de los gr�ficos)


*Nuevas dudas sobre [el brillo aparentemente constante de las supernovas clase*

*Ia y sus implicaciones, ya que es una de las pruebas fundamentales que apoyan*

*el grado de] la expansi�n del Universo*

Arturo Quirantes
28ago17

[Actualizaci�n: como me hab�is criticado el t�tulo original "Nuevas dudas sobre

la expansi�n del Universo" lo he detallado un poco m�s, y al diablo con los spoilers]

Hace unos d�as me termin� de leer La Realidad Oculta de Brian Green. B�sicamente es un estudio sobre la posibilidad de que nuestro universo sea parte de un multiverso de tama�o enorme, quiz� infinito. Se mantuvo lo m�s cerca posible a las posibilidades de la ciencia, si bien me result� algo fantasioso, sobre todo cuando habla de la teor�a de cuerdas. Bueno, si hablas de la posibilidad de universo infinitos, megainfinitos y m�s que eso, hay que echar mano de algo de fantas�a.

Una de las cosas que mencion� Green es la expansi�n acelerada del Universo. En la d�cada de los noventa, dos proyectos de observaci�n intentaron descubrir cu�l era el ritmo de expansi�n del Universo. Para ello midieron la distancia a diversas galaxias distantes. �Pero c�mo se hace eso? Con ingenio. En ocasiones sucede que un sistema binario est� formado por una enana blanca y una gigante roja. La enana material de su estrella compa�era, engordando en el proceso, hasta que la masa de la enana blanca llega a 1,4 veces la masa de nuestro sol, momento en el que colapsa bajo su propio peso. El resultado del colapso es una gigantesca explosi�n de supernova tipo Ia.

Resulta que esa explosi�n es siempre igual, lo que significa que la energ�a liberada, y por tanto el brillo absoluto, no cambia. Eso significa que una supernova tipo Ia es como una linterna que siempre ilumina igual, y que si vemos una explosi�n en una galaxia podemos relacionar su brillo aparente con su

distancia a nosotros. Entre eso y el hecho de que una supernova brilla tanto como todo el resto de su galaxia, tenemos una forma c�moda y �til de medir la distancia a galaxias lejanas.

Observando una gran cantidad de galaxias, los equipos del Supernova Cosmology Project y del High-Z Supernova Search Team descubrieron algo sorprendente. Hasta entonces se cre�a que la gravedad har�a que el Universo, o bien se acabar�a contrayendo, o seguir�a expandi�ndose cada vez con mayor lentitud, pero seg�n los datos de ambos equipos el Universo no s�lo se expande, �sino que

cada vez lo hace m�s deprisa! Vea por ejemplo esta imagen del SPC, donde los datos medidos (puntos negros) est�n en la zona azul, indicativa de que el Universo se encuentra en expansi�n acelerada. (Imagen del art�culo de Perlmutter, Physics Today 56, p.53-60, 2003):

Lo cierto es que, aunque inesperada, la expansi�n acelerada del Universo aparece en las ecuaciones de la Relatividad General. Se trata de la famosa constante cosmol�gica, de la que el propio Einstein reneg� llam�ndola "el mayor

error de mi vida", y que mire usted por donde resulta que aparece de nuevo a finales del siglo XX. El descubrimiento le vali� en 2011 el premio Nobel de F�sica a los responsables de ambos equipos (Saul Perlmutter del SPC; Adam Riess

y Brian Schmidt del High-Z) y afianz� la hip�tesis de la energ�a oscura, que conforma un 70% de toda la masa-energ�a del universo. Realmente nadie sabe qu� es o de d�nde viene esa energ�a oscura, y su principal prueba de existencia es que explica la expansi�n acelerada del Universo, as� que bienvenida sea mientras descubrimos en qu� consiste.

Sin embargo, han aparecido dudas sobre la constancia de esa candela c�smica que

son las supernovas Ia. Ya en los a�os 90 se comprob� que hab�a diferencias en el brillo de algunas supernovas, y que las m�s brillantes deca�an en brillo m�s

lentamente. La campa�a de observaci�n de supernovas Cal�n/Tololo condujo a una correcci�n del brillo, y las mediciones del Universo siguieron adelante.

En cualquier caso la situaci�n no parec�a preocupante ya que los datos de las supernovas no son los �nicos que apoyan la tesis de la expansi�n acelerada del Universo, ni mucho menos [Perlmutter 2003]:

Como puede verse, hay diversos m�todos para intentar hallar la relaci�n entre la densidad de masa del Universo (eje horizontal) y la densidad de energ�a del vac�o (eje vertical). La relaci�n entre ambas cantidades nos indica qu� tipo de

universo tendremos. Hay tres bloques de evidencias: supernovas (en azul), la radiaci�n c�smica de microondas (CMB, en verde) y agrupaciones de galaxias (clusters, en amarillo). [Hay otra peque�a elipse en amarillo donde confluyen los dem�s, pero no representa medici�n alguna, s�lo una propuesta del autor, as� que no le haga caso, lector]

Cada color viene en diversas tonalidades, referentes a los m�rgenes de error (cuanto mayor la probabilidad de certeza, m�s oscuro el color). Aunque la elipse azul de las supernovas parece algo desplazada respecto a las otras dos, parece que las tres evidencias experimentales se solapan razonablemente bien, lo que permite concluir dos cosas: una, que el Universo es plano (o casi), y dos, que va a expandirse indefinidamente. Parece que incluso si los resultados de las supernovas no coinciden exactamente con los otros, nos da un buen apa�o.

Pero el destino del Universo es algo muy gordo para basarlo en el examen de unas pocas docenas de supernovas, as� que la investigaci�n b�sica continu� tanto desde el punto te�rico como experimental. Se pens�, por ejemplo, que en algunos casos la estrella a la que la enana blanca robaba material pod�a no ser

una gigante roja sino otro tipo de estrella, como otra enana blanca. En tal caso la explosi�n suceder�a tras la uni�n de ambas estrellas, en lugar de seguir el proceso de "robo" de material de una estrella por otra.

Para verificarlo, hay que coger a la supernova con las manos en la masa. Eso es

lo que consigui� un grupo de investigadores norteamericanos encabezados por Griffin Hosseinzadeh. La ocasi�n apareci� el 10 de marzo de este a�o, al descubrir el inicio de una explosi�n de supernova en la galaxia NGC5643, a unos

55 millones de a�os-luz. Los telescopios se pusieron r�pidamente a la tarea y consiguieron observar la explosi�n casi desde sus inicios. Descubrieron que durante los primeros cinco d�as hubo un incremento inusual de la intensidad de luz emitida en las bandas del azul y el ultravioleta.

El reciente art�culo que han publicado sugiere algunas hip�tesis para resolver la discrepancia entre los datos observados y los modelos usados. Puede que la radiaci�n de la onda de choque debida a la explosi�n no se pueda ajustar a un cuerpo negro, o que dicha onda de choque no sea sim�trica; puede haber problemas suponiendo la opacidad o la densidad de esa onda. Otras posibilidades

incluyen el choque con material circunstelar y la presencia de una burbuja de n�quel radiactivo como responsables de esa emisi�n extra en las bandas azul y ultravioleta. Los autores, por supuesto, no se decantan por ninguna de esas posibilidades ya que carecen de los datos necesarios para resolver el problema,

y apuntan a la necesidad de estudiar las explosiones de supernovas desde sus inicios, algo que es cada vez m�s viable en la actualidad.

Sea cual sea la explicaci�n, el hecho es que la supernova Ia dista de ser la "candela c�smica" de brillo constante que antes se cre�a, lo que autom�ticamente arroja dudas sobre la validez del modelo de expansi�n c�smica. Si, por alg�n motivo, el brillo de supernova depende de factores que no se han tenido en cuenta hasta ahora, su papel como regla c�smica entrar� en entredicho.

Otras mediciones experimentales arrojaron m�s incertidumbre a la olla. El a�o pasado, un grupo europeo dirigido por J.T. Nielsen hizo una reevaluaci�n usando

un total de 740 supernovas, diez veces m�s que el n�mero usado por los grupos Supernova Cosmology Project y del High-Z Supernova Search Team, anteriormente mencionados y que sentaron las bases de la expansi�n acelerada del Universo. Bien, pues los nuevos datos indican que, seg�n las supernovas, el Universo sigue aceler�ndose... aunque ya la cosa no est� tan clara:

Los datos del fondo de microondas (CMB) y de los c�mulos de galaxias (Clusters)

siguen en intersecci�n, pero los datos de las supernovas est�n m�s descentrados, lo que quiere decir que la probabilidad de error es mayor. El profesor Sarkar, uno de los firmantes del art�culo, afirma que "los dem�s tests

son indirectos, basados en un marco de un modelo supuesto, y el fondo c�smico de microondas no est� directamente afectado por la materia oscura... es perfectamente posible que estemos equivocados y que la aparente manifestaci�n de la energ�a oscura sea consecuencia de analizar los datos en un modelo te�rico demasiado simplificado." Los autores no afirman que el modelo actual sea inv�lido, y conf�an en que medidas futuras usando el telescopio europeo de gran tama�o E-ELT permita resolver la cuesti�n. Mientras tanto, el problema sigue en el aire.

Y ah� est� el detalle, que dir�a Cantinflas. Todos los libros de divulgaci�n sobre cosmolog�a que conozco parten de la supernova Ia como prueba pr�cticamente indiscutible de la expansi�n acelerada del Universo. A partir de ah� sacamos lo de la constante cosmol�gica, la energ�a oscura y todo eso que mola tanto. Y ahora resulta que la prueba principal nos revela dudas.

Peor a�n, si Sarkar tiene raz�n puede que las dem�s pruebas tambi�n sean defectuosas. Es como esos episodios de polis, donde parece que tienen al sospechoso y de repente todo se viene abajo: las huellas no concuerdan, el arma

es de otro calibre, tiene testigos, su m�vil lo sit�a lejos del escenario del crimen. Eso no significa que el sospechoso sea inocente, pero ya tenemos la duda razonable.

Personalmente no creo que lleguemos a tanto, pero hay que tomarse las cosas en serio. Esto no es un punto te�rico menor sino el cogollo cosmol�gico m�s importante de nuestro tiempo. Hay que hacer de fiscal cabr�n, examinar todas las pruebas con lupa y no pasar ni un detalle por alto. Esperemos que futuras observaciones nos revelen de forma clara si las supernovas Ia son realmente utilizables para medir distancias y si de ello podemos deducir el futuro del Universo. Seguiremos investigando a nuestro sospechoso, y que no se le ocurra abandonar la ciudad hasta nuevo aviso.

Ah, y un �ltimo detalle sobre El Universo Elegante. Cuando el autor Brian Greene sali� dando una charla sobre su libro en un episodio de The Big Bang Theory, nos hizo creer que trataba del principio de incertidumbre de Heisenberg, y nada m�s lejos de la realidad. Tramposillo.


[1]http://elprofedefisica.naukas.com/2017/08/28/nuevas-dudas-sobre-la-expansion

-del-universo/


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A reveure!!
Enric
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