gov-civil-vilareal.pt¿Qué tan rápido se está expandiendo el Universo? La respuesta depende de cómo se mida, y eso es un problema.
>El Universo se expande.
Vaya, todavía me encanta poder escribir eso. Es una declaración tan maravillosa, compacta y simple, pero tiene implicaciones tan profundas que pueden pasar décadas antes de que las entendamos todas. Y lo sabemos desde hace un siglo.
Pero es verdad. Tenemos muchas líneas independientes de evidencia que demuestran que es así. Esto significa que el Universo era más pequeño en el pasado, y si hace retroceder el reloj unos 13.800 millones de años, encontrará que todo en el cosmos se comprimió en un solo lugar increíblemente caliente y denso. Vuelve a adelantar el reloj y obtendrás los momentos iniciales del Universo: el Big Bang.
Una pregunta muy importante que surge naturalmente es: ¿Cómo rápido ¿Se está expandiendo el Universo? Resulta que los objetos más distantes se alejan de nosotros más rápido, por lo que usamos una unidad extraña para describir la expansión: una velocidad por distancia. El doble de distancia y la velocidad de retroceso de un objeto también se duplica.
Este número en astronomía tiene un nombre: la constante de Hubble. Edwin Hubble intentó calcularlo a principios del siglo XX, y hemos podido refinarlo mucho desde entonces. Son alrededor de 70 kilómetros por segundo por megaparsec (un megaparsec, o Mpc, es un millón de parsecs, o 3,26 millones de años luz; en comparación, la galaxia de Andrómeda está a menos de 1 Mpc de nosotros). Entonces, en un Universo que se expande libremente, un objeto a 1 Mpc de distancia se alejará de usted a 70 km / seg. Un objeto a 10 Mpc de distancia se escapará a 700 km / seg, y así sucesivamente.
Extraño, ¿verdad? Pero aquí es donde se ponen las cosas De Verdad extraño. Hay muchas formas diferentes de medir la constante de Hubble. Una es hacerlo localmente, mirando las galaxias cercanas, midiendo tanto sus distancias como sus velocidades. Tenemos muchas formas de medir ambos (en los que entraré un poco más en un momento). Cuando haces eso, obtienes una constante de Hubble de 73 km / seg / Mpc.
Otra forma es mirar el temprano Universo, en cosas muy lejanas. Aproximadamente 375.000 años después de la formación del Universo, se había expandido lo suficiente como para volverse transparente . Todavía hacía calor, y ahora, hoy, vemos ese calor sobrante impregnando todo el cielo. A medida que el Universo continuó expandiéndose, ese calor se enfrió (también puedes pensar en él como la luz de esa bola de fuego que se corrido al rojo a medida que el Universo se expande lejos de nosotros). Ahora lo vemos como un brillo continuo de microondas dondequiera que miremos.
Al examinar ese resplandor con mucho cuidado, podemos aprender mucho sobre las condiciones del Universo en ese entonces. También podemos calcular la Constante de Hubble de esa manera, y el número que obtiene cuando lo hace es de aproximadamente 67 km / seg / Mpc.
Um. Esperar. Esos dos números son diferentes. Eso es incómodo.
Realmente es. Y se pone peor. Todos los métodos locales obtienen el número más alto, y todos los del Universo temprano y distante obtienen el número más pequeño. Es como si el Universo no estuviera de acuerdo consigo mismo.
Es como construir un puente a través de un cañón, comenzando en ambos extremos, solo para que los dos no se encuentren en el medio. Me recuerda un poco al dibujo 'Belvedere' de M. C. Escher. No tiene sentido.
los medios de comunicación de sentido común de la gran muralla
El icónico 'Belvedere' de M. C. Escher, un edificio paradójico donde la perspectiva está alucinantemente distorsionada. Crédito: M. C. Escher
De hecho, cuando estos números se determinaron por primera vez, no estaban tan lejos, porque la incertidumbre en las mediciones era alta. Durante un tiempo no conocíamos la constante de Hubble con un factor de dos. Pero a medida que las medidas mejoraron, comenzamos a ver cómo se separaban.
Aquí es donde las cosas se ponen divertidas: Un nuevo proyecto ha estado tratando de precisar el número local. Fue encabezado por un viejo amigo y colega estudiante de posgrado Adam Riess (quien fue fundamental para descubrir que la expansión Universal se está acelerando - más sobre ese en un segundo, también, y se ha ganado algunos elogios decentes por eso). Utilizaron el telescopio espacial Hubble para observar un tipo de estrella muy específico, llamado variable cefeida. Estas estrellas se expanden y contraen con el tiempo, y se vuelven más brillantes y más tenues a medida que lo hacen. Hace un siglo se descubrió que el período, el tiempo que tardan en iluminarse y atenuarse, estaba ligado a la cantidad total de energía que emiten.
Eso es enorme: significa que si puedes medir su período, puedes averiguar su luminosidad. Y luego, si mides qué tan brillantes parecen, puedes encontrar su distancia ! Eso es crucial, porque vemos Cefeidas en otras galaxias, lo que significa que nos dan un método para determinar las distancias a estas galaxias. De hecho, fue el equipo de Hubble el que utilizó esto para determinar las distancias a algunas galaxias cercanas en la década de 1920.
El equipo de Riess miró en 7 Cefeidas en nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, y midieron no solo su brillo, sino también su paralaje, su aparente cambio de posición a medida que la Tierra se mueve alrededor del Sol (para más detalles, puedo sugerir observar 'Crash Course Astronomy: Distancias' ?). Al medir este cambio durante varios años, pueden obtener muy distancias precisas para estas estrellas.
Otra ventaja es que usamos el Hubble para observar estas Cefeidas en otras galaxias, por lo que esto pone todas las observaciones en pie de igualdad; es más difícil conseguir que todo sea coherente cuando se utilizan diferentes observatorios.
Una de las variables cefeidas, S Vulpeculae, observada con Hubble. Se encontró que su distancia era de 10.124 años luz de la Tierra. Se utilizaron otras estrellas marcadas para calibrar las medidas de distancia. Crédito: Riess et al.
Entonces, este nuevo trabajo ha podido ajustar las mediciones de distancia a estas cefeidas de la Vía Láctea, que van desde aproximadamente 5.500 a 12.000 años luz de distancia. Usando estas mejores mediciones para luego iniciar la distancia a las cefeidas extragalácticas, el equipo de Riess encuentra que el valor local de la constante de Hubble es 73.48 ± 1.66 km / seg / Mpc, un cambio de aproximadamente 4% del valor anterior.
Pero lo más importante, en realidad, es que bajaron el incertidumbre en ese valor, lo que significa que pensamos que este valor es más preciso. Eso, a su vez, significa que el valor más bajo encontrado usando las primeras mediciones del Universo realmente es diferente. No es solo que nuestras medidas sean inestables; el Universo realmente nos está diciendo que las cosas eran diferentes en ese entonces. Las probabilidades de que esto se deba a una coincidencia o algo no real es de aproximadamente 1 en 4.600. Aceptaré esa apuesta. Esto es real.
¿Qué significa todo esto? Bueno, en pocas palabras, significa que el Universo parece expandirse más rápidamente ahora que en el pasado. Para ser claro, ya lo sabíamos : Los astrónomos descubrieron que la expansión Universal se estaba acelerando en 1998 (Riess estaba en uno de los dos equipos independientes que encontraron esto). Pero estos nuevos resultados parecen indicar que la aceleración es incluso mayor de lo que pensamos.
Este es el campo ultraprofundo del Hubble, y casi todo lo que ves en él es una galaxia distante, a miles de millones de años luz de distancia. Crédito: NASA, ESA, H. Teplitz y M. Rafelski (IPAC / Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Universidad Estatal de Arizona) y Z. Levay (STScI)
Entonces que hace ese ¿significar? Esa es una buena pregunta, una para la que hay demasiadas respuestas posibles. Es posible que la energía oscura, la entidad extraña detrás de la aceleración, sea más fuerte de lo esperado. Quizás crece con el tiempo; esa es una idea que se ha estado dando vueltas por un tiempo. La cosa es que simplemente no sabemos qué diablos es la energía oscura es , de qué está hecho o cómo se comporta. Estas nuevas observaciones podrían ayudar.
Pero aún puede ser otra cosa. Materia oscura También influye en esto: alguna forma de materia que creemos que no funciona bien con la materia y la luz normales, por lo que es imposible verla directamente. Supera la materia normal por un factor de 5 en el Universo, y sabemos que está ahí fuera. Pero, si se comporta de una manera inusual, como quizás interactuando un poco con la materia normal, eso podría cambiar la forma en que el Universo evoluciona con el tiempo.
Aquí está la cosa: No sabemos . Todo esto es bastante nuevo y lleva nuestro equipo y nuestras teorías al límite. Es por eso que esto todavía se está clavando. Recuerde, solo hemos sabido que había otras galaxias durante unos cien años, y que la expansión se está acelerando durante los últimos 20. Estamos empezando a resolver esto.
Pero mi parte favorita de todo esto es que voluntad descúbrelo. Eso es lo que hacen los humanos; eso es lo que hace la ciencia. El Universo es un lugar bastante desconcertante, y nuestros cerebros no han evolucionado realmente para sentirse cómodos reflexionando sobre él. Pero, de hecho, esa es la razón por la que tenemos ciencia, para ayudarnos a comprender. Combine eso con las matemáticas, la ingeniería y nuestra imparable e insaciable curiosidad, e incluso el cosmos mismo nos revelará sus secretos.
El Universo se expande más rápido todos los días, pero también lo es nuestra capacidad para asimilarlo. Nos pondremos al día.
