NeoFronteras

No estamos en un lugar privilegiado

Área: Espacio — miércoles, 30 de marzo de 2011

Datos observacionales parecen rechazar la idea de que la los efectos atribuidos a la supuesta energía oscura se deberían a que ocupamos una posición privilegiada en el Cosmos.

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Desde que hace unos años se descubriera el extraño comportamiento cosmológico, según el cual la expansión del espacio parece estar acelerándose, se ha intentado explicar la naturaleza del agente que lo produce. Es lo que se ha llamado energía oscura sin saber muy bien en qué consiste, aunque parece estar bien descrita por una constante cosmológica, concepto que ya introdujo Einstein hace casi 100 años. Sería algo que llenaría todo el espacio con una fuerza repulsiva que se opondría a la gravedad.
La expansión acelerada descansa en medidas observacionales de supernovas de tipo Ia situadas en otras galaxias, explosiones estelares que actúan de candelas estándar al seguir su curva de brillo un patrón temporal que es bien conocido.
Según la Relatividad General la capacidad de frenar la expansión del espacio depende del contenido de materia del mismo. Si hay poca masa-energía la gravedad no podrá frenar mucho esa expansión y si hay mucha masa-energía la gravedad frena la expansión, llegándose a detener dicha expansión para una densidad crítica determinada.
Desde hace un tiempo se viene especulando con la posibilidad de que la energía oscura no exista y que los efectos que observamos sean producidos por una posición nuestra especial en el Cosmos. Según esta hipótesis, nuestra galaxia estaría en el centro de un lugar del Universo particularmente vacío de galaxias, la densidad de materia sería, por tanto, inferior al promedio y por eso nos parecería que las otras galaxias se alejan de nosotros a una velocidad cada vez mayor. La expansión acelerada del Cosmos sería una ilusión. Pero esta hipótesis contradice dos presupuestos, uno filosófico y otro importante de la Cosmología moderna.
Según la tradición histórica que empezó con Copérnico nuestra posición en el Universo no es privilegiada. El centro del sistema solar está ocupado por el Sol y no por la Tierra. Esto sería el principio copernicano (principio filosófico), que nos ha guiado durante todos estos años.
Además, según el principio cosmológico, el Universo es homogéneo e isótropo (igual en cualquier punto y en cualquier dirección). El bloque fundamental que construiría el Universo serían los cúmulos de galaxias y por encima de esa escala, el Universo sería a groso modo estructuralmente aburrido. Si no se asume este principio es muy difícil aplicar nuestras teorías al Universo en su conjunto, ya que los “ladrillos” que los constituirían serían de un tamaño comparable al del mismo Universo. Un hueco en la estructura a gran escala del Universo perjudicaría la homogeneidad e isotropía del Universo (estemos no dentro de él). La energía oscura sería compatible con ambas cosas, pero el supuesto vacío estaría en contra de ambos principios o postulados.
Ahora, astrónomos trabajando con el telescopio espacial Hubble han deducido que la hipótesis de la posición privilegiada no es compatible con los datos obtenidos. El vacío o hueco cósmico no existiría.
El líder del proyecto, Adam Riess del Space Telescope Science Institute, dice que han usado la cámara del Hubble de manera similar a como un policía usa el radar para cazar automóviles circulando a mayor velocidad que la legal, pero que en este caso se trata de galaxias. “Parece que la energía oscura está apretando el pedal del acelerador”, añade.
Este equipo de investigadores ha trabajado para refinar la precisión con la que se conoce la constante Hubble y que, al fin y al cabo, caracteriza la expansión cosmológica y, por tanto, el comportamiento de la energía oscura. Han conseguido medir el valor actual (pues cambia en el tiempo) de esta constante con una precisión del 3,3%. Estas nuevas medidas reducen en un 30% el margen de error que había en las medidas previas que tomó el telescopio Hubble en 2009.
Midieron las distancias a galaxias tanto cerca como lejos de la Vía Láctea usando candelas estándar (brillo intrínseco, cefeidas variables y supernovas de tipo Ia) y compararon las distancias obtenidas con la velocidad de recesión aparente debido a la expansión del espacio (medible directamente por el corrimiento al rojo). Para la tarea usaron la cámara WFC3 del Hubble que, según Lucas Macri, es la mejor cámara con la que cuenta este telescopio.
La hipótesis del vacío cósmico concordaría con las medidas de supernova Ia si el ritmo de expansión fuera de 60 km/s por Megaparsec o menos (1 Mpc= 3,26 millones de años luz). Con las medidas que se tenían hasta ahora esta situación caía dentro de los márgenes de error y por tanto la hipótesis del vacío podría ser cierta. Los nuevos datos arrojan un resultado para la constante de Hubble de 74±2,4 km/s por Megaparsec. Por tanto, los datos ya no pueden concordar con la hipótesis del hueco cósmico.
Subir Sarkar, de University of Oxford y uno de los que propusieron la hipótesis del vacío cósmico, dice que los nuevos datos no son fatales para su teoría. Según él, el nuevo trabajo está muy bien hecho, pero que en los modelos hay suficiente flexibilidad como para acomodar los nuevos datos. En particular, los modelos de vacíos cósmicos estudiados por Tirthabir Biswas, de Saint Cloud State University, y sus colaboradores permitirían mayores ritmos de expansión compatibles con la hipótesis del hueco cósmico si en el hueco la densidad de materia es variable.
Podemos todavía sentirnos más cómodos con el modelo de vacío cósmico local complejo y creer que es mejor que invocar una energía de naturaleza desconocida. Pero si nos decantamos por la energía oscura los nuevos resultados refutan la hipótesis del vacío local y suponen un bonito ejemplo de falsabilidad en el método científico.
Pero este resultado tiene un significado filosófico un poco triste. En un futuro lejano, el Universo se disolverá en la nada con una expansión cada vez más rápida. Las galaxias y sus cúmulos desaparecerán, e incluso a cualquier civilización que surja en ese remoto futuro ni siquiera le quedarán pruebas observacionales para hacer Cosmología o deducir que una vez hubo un Big Bang. Visto así quizás no vivamos en un lugar privilegiado, pero sí en un tiempo privilegiado, pues es justo el momento cosmológico en el que la expansión del Universo ha empezado a acelerarse.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=3447

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
artículo original.
Sabremos si ocupamos una posición privilegiada.
Foto: NASA, ESA, A. Riess (STScI/JHU), L. Macri (Texas A&M University), Hubble Heritage Team (STScI/AURA).

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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16 Comentarios

  1. tomás:

    Estimado Neo: Me permito apartarme un poco de la filosofía copernicana al afirmar que si bien no ocupamos un lugar privilegiado en el universo, evidentemente ocupamos un lugar peculiar. Y es que todo es cuestión de escala y, por tanto, subjetivo. El agua de mar, hasta menos de una gota, es bastante homogénea e isótropa, pero conforme se mira más de cerca, aparecen las sales disueltas y en toda la masa, los iones de estas y del agua misma. Ya no digo si descendemos al nivel atómico o subatómico.
    Si no estuviésemos en un lugar peculiar, habitaríamos, como poco Marte y quien sabe si algún planeta o satélite más. Y quizá otros de un planeta en alguna estrella cercana. A más abundamiento, exigimos unas condiciones de temperatura, agua, etc, para suponer vida, así que ello me afirma en esa necesaria peculariedad.
    Lo que sí es cierto es que Copérnico dijo que el hombre no es el centro del Universo. Pero a mi entender, eso se ha extendido en la dirección filosófica y no científica de llamarle “no privilegio” en un Universo extensísimo del que Copérnico no pudo tener noticia. Se le llama principio copernicano por extensión.
    La mencionada isotropía y homogeneidad del Universo sólo lo es a escalas descomunales. Las galaxias son bastante grandes a escala humana y, sin embargo, con ellas no se da la isotropía ni la homogeneidad. Además, contempladas las ilustraciones de la radiación de fondo, a mí no me parece tan isótropa ni homogénea, aunque suele recalcarse esto en cada una de ellas.
    De todas formas, parece un contrasentido admitir el principio de “no privilegio” en el espacio y aceptarlo en el tiempo.
    Un cordial saludo.

  2. joabbl:

    Suscribo es comentario de Tomás al 100%. Por supuesto que estamos en un lugar privilegiado, especial, peculiar o como lo queramos llamar. De hecho es tan especial que si se moviese unos pocos millones de km en cualquier dirección dejariamos de existir. Es lo que hay, pero eso no nos hace el centro de nada. Me parece importante lo que apunta Tomás: No estaríamos en un espacio privilegiado, pero sí en un tiempo. En el fondo las dos cosas son la misma: Nuestro espacio es privilegiado porque lo es el momento. Cuando el momento deje de serlo nosotros desapareceremos. Y ojalá sea así porque implicaría que aún nos queda mucho tiempo por delante, cosa que yo dudo.

    Saludos

  3. lluís:

    Pues también veo bastante razonable el comentario de tomas.Y, por lo que parece el FCM (CMB)no sería tan isótropo y homogéneo, ya que parece haberse detectado unas pequeñas diferencias de temperatura en el mismo.Por cierto, ¿sabe alguien cuantos años-luz debería tener ese hueco en la estructura a gran escala del Universo que perjudicaría la homogeneidad e isotropía del mismo?.

  4. NeoFronteras:

    Si el Universo hubiera sido absolutamente homogéneo entonces no se habrían formado galaxias, estrellas o planetas. Esas inhomogeneidades del FCM son necesarias para que se formen estructuras.
    De la estructura real “actual” hace tiempo que ya tenemos mapas de parte del universo cercano a nosotros:

    http://neofronteras.com/especiales/wp-content/photos/estructura_real_universo_.jpg

    Más allá de un tamaño se supone que el Universo es homogéneo, pero esto es un principio que se asume y que hasta ahora no ha encontrado contraejemplo.
    Sin principio cosmológico no habría manera de resolver analíticamente las ecuaciones de Einstein de la RG.

  5. Nemo:

    Muy interesante el dato concreto de la nueva medición de la constante de Hubble. Expresada de forma más general e intuitiva, y una vez transformadas las unidades (salvo error), resulta una tasa de expansión de algo menos de 1 parte (0,76 concretamente) por diez mil millones al año. O, dicho de otra forma, que en un millón de años (aproximadamente la edad de nuestra especie) cuyo instante medio sea el actual, un kilómetro de espacio profundo se habrá estirado unos 10 centímetros. Al sufrir aceleración, hace medio millón de años la tasa sería menor, y al final del otro medio será mayor. Por ello sería muy interesante conocer también cuál es el valor calculado para la aceleración observada. Al menos para ponerlo en relación con las escalas de tiempo de vida restante de este planeta o del Sol, y saber a qué atenernos.

  6. NeoFronteras:

    Estimado Nemo:
    La constante de Hubble Ho sólo tiene sentido en distancias cosmológicas. Nos dice la velocidad de recesión de una galaxia en Km/s en función de la distancia al observador. A distancias locales no tiene sentido aplicarla. Su efecto se deja notar a grandes escalas donde las distancias son muy grandes y a lo largo del tiempo. Así por ejemplo, la galaxia de Andrómeda no se aleja, sino que se acerca a nosotros debido a las fuerzas gravitatorias locales.
    Aunque Ho se puede considerar constante para la escala humana, incluso en los modelos más sencillos sin energía oscura la constante de Hubble no tienen por qué ser constante. En realidad es una linealización del comportamiento o evolución del radio del universo en un momento dado. Ese radio es una distancia lo suficientemente grande que si se desea se puede hacer coincidir con el borde del universo observable, pero no necesariamente. Basta un radio de universo en el que se cumpla la homogeneidad mencionada.
    Se supone que el valor de esta constante irá aumentando más y más a medida que se empiecen a notar los efectos de la energía oscura.

  7. Nemo:

    Estimado Neo,
    totalmente de acuerdo y sabido. Por eso hablaba de espacio profundo. Quizás no he sabido hacer entender que la última frase es una pequeña broma -excepto tal vez para los fabricantes de grandes telescopios.

  8. tomás:

    Estimado Neo: Creo que no discrepamos. Es cuestión de escala. He ido al sitio que indicas, me he apartado varios metros de la pantalla del ordenador y sólo veo dos sectores azules. Es una de mis pruebas caseras, a las que soy tan aficionado.
    Un cordial saludo.

  9. jose francisco:

    Esta es la primera vez que escribo en Neofronteras. Soy aficionado símplemente, y carezco de conocimientos técnicos. Aun así me empapo de todas las noticas aunque algunas sólo las entienda en un 5%..quizás dentro de un tiempo entienda el 10%..en fin, a lo que voy: siempre me he planteado una duda: si no estamos en en centro del Universo…¿es que estamos a un lado?…y si estamos a un lado, ¿es que existe un borde?. Desde mi punto de vista, cualquier punto del Universo se puede considerar a la misma distancia relativa del resto de puntos. A ver si alguien me saca de dudas.

  10. NeoFronteras:

    Estimado José Francisco:
    El Universo no tiene límites, es decir, bordes. Por mucho que pudiéramos viajar nunca alcanzaríamos una fronteras. Probablemente sea infinito. Pero nosotros sólo vemos una pequeña parte porque el desde el Big Bang a la luz no le ha dado tiempo viajar más. Por eso estamos en el centro del Universo visible, como cualquier otra parte del Universo. Cada punto, cada galaxia, será el centro de su Universo visible.

  11. tomás:

    Estimado Neo: Si admitimos un Big Bang clásico, es decir, a partir de un punto, más que “infinito” querrás decir “ilimitado”; ya sabes, la superficie del globito que se hincha.
    Un saludo.

  12. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    Con o sin Big Bang, el Universo, o el espacio que lo constituye, puede ser infinito. Es una cuestión de pura geometría. Un Universo abierto con geometría plana o hiperbólica es infinito. Un universo cerrado (tipo globito) es ilimitado, pero es finito.
    El Big Bang puede generar uno u otro tipo, y esto con el modelo estándar sin energía oscura.
    Otra cosa es que consideremos si es no infinito en el tiempo. Si es abierto en teoría es infinito en el tiempo, al menos hacia el futuro. En la práctica algunos proponen un fin del tiempo cuando ya no quede ninguna partícula.
    Si es o no infinito hacia atrás en el tiempo o en el futuro si es cerrado dependerá sobre todo de la naturaleza del espacio-tiempo-materia en régimen cercado a la singularidad. Si las singularidades existen (probablemente no) entonces el tiempo comienza en el Big Bang y no hubo un antes.
    De todos modos hay muchos malos entendidos en Cosmología debido a que no es fácil imaginar ciertas cosas. El globito es una analogía, pero no es perfecta. El quid de la cuestión es que formamos parte de la superficie del globito y no hay un “afuera” o adentro.
    Los modelos cosmológicos no tienen en cuenta “todo” el Universo, sino que toman un radio de universo de longitud arbitraria (siempre que lo de dentro sea ya homogéneo e isótropo) y se ve cómo evoluciona. Las soluciones a las ecuaciones de Einstein vienen dadas como “bloques” de espacio-tiempo.
    Si a todo esto le añadimos la inflación primigenia entonces todo se complica aún más porque a nuestro universo, incluso siendo infinito, se le pueden añadir multitud de otros compañeros que se inflan a partir de un determinado estado de vacío, tanto en el pasado como en el futuro.
    Si entramos en el reino de la pura especulación y el misticismo las “teorías” de cuerdas proponen ahora que hay branas o cortes de un hiperespacio aún más grande y nuestro universo está embebido en una de ellas. Según este “culto” hay infinitos universos en todo es posible con infinitas versiones de todos nosotros. El que el yo que nos haya tocado aquí y ahora no sea rico o no viva del cuento es cuestión de mala suerte, aunque algunos de estos “sacerdotes” sí lo hagan.

  13. tomás:

    Estimado Neo: Tu amplia respuesta es de agradecer, porque recoge casi todas las versiones hasta ahora pensadas. Yo sólo me he referido a una, no sé si la más probable, pero sí la más popular e intuitiva.
    De todas formas, como sólo acepto el Big Bang a falta de una idea mejor, creo que si partió de un punto o singularidad, aunque hablemos de una forma plana o hiperbólica, el Universo tenderá a infinito, pero nunca será infinito. Sólo si hubiera sido previamente infinito y el Big Bang se tomase como el inicio de una expansión entre los cúmulos de galaxias, podríamos hablar de un Universo infinito.
    Un afectuoso saludo.

  14. NeoFronteras:

    Quizás se pueda considerar que el universo visible tiende a infinito, pero sólo es una parte de la totalidad.
    Y ni así cuela la finitud, ya que la solución a las ecuaciones es un bloque espacio-temporal infinito, aunque una de sus rebanadas en un momento dado no lo sea.
    Por lo demás es más fácil creer en el Big Bang que en las singularidades.

  15. tomás:

    Estimado Neo: Personalmente, evito creer en nada que no pueda comprender o, al menos, constatar con mis sentidos su aparente realidad. Por tanto, soy escéptico y espero; al estilo Husserl, supongo. Me resulta fácil imaginar la singularidad de un agujero negro, pero no la singularidad, que lo es más, del Big Bang.
    Me afirmo en que si el Universo es infinito, hubo de serlo siempre. Si fue finito, sólo tenderá a infinito. Es una conclusión elemental, querido Watson, digo Neo. “Cuando las leyes de la matemática se refieren a la realidad, no son ciertas y cuando son ciertas, no se refieren a la realidad.” A. Einstein.
    El artículo de hoy “Habrá Cosmología en Lactómeda” (¿por qué cosmología con mayúscula?) finaliza especulando “sobre si ya ahora hemos perdido algún tipo de información que nos impida saber algo fundamental del Universo,…”. Totalmente de acuerdo con esa posibilidad, pero eso puede llevarnos a las famosas “variables ocultas”, o desconocidas, o desaparecidas cuyo efecto permanece, más no la causa. Lo cierto es que de nada podemos estar seguros.
    Un cordial saludo.

  16. NeoFronteras:

    Estimado Tomás:
    No el lo mismo una parte que el todo y sólo vemos una parte del Universo ahora y siempre.
    En cuanto a lo de Cosmología con mayúsculas está claro. Es cuestión del libro de estilo NeoFroneras y, salvo error, las disciplinas científicas se escriben con mayúsculas. Así existen libros de Física, aunque a veces no sepamos la física de determinados sistemas.

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