NeoFronteras

Estudio apoya la energía oscura

Área: Espacio — Martes, 24 de Mayo de 2011

Según un estudio, basado en medidas diferentes de las habituales, se confirmaría la energía oscura como una constante cosmológica.

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Los años pasan y seguimos sin confirmar plenamente la materia y energía oscura, pero los resultados se vienen sucediendo uno detrás del otro.
Ahora, una campaña de observación de 200.000 galaxias realizada con datos tomados desde satélite por la NASA y por el Telescopio Angloaustraliano proporciona una confirmación independiente sobre la energía oscura o, más concretamente, sobre la aceleración de la expansión cosmológica. Los datos obtenidos se extienden varios miles de millones de años en el pasado cósmico.
Según este estudio, la energía oscura funcionaría como una fuerza constante que uniformemente afectaría al Universo y le dirigiría hacia una expansión descontrolada cada vez más rápida. Y, por otro lado, negaría la teoría alternativa que sostiene que sería la gravedad y no la energía oscura la que estaría produciendo este efecto. Según esta última teoría, la gravedad einsteniana estaría equivocada y a grandes distancias la gravedad se tornaría repulsiva en lugar de atractiva. Pero si la gravedad fuera la culpable entonces no se vería el efecto constante a lo largo del tiempo, tal y como se ha observado.
Según Chris Blake, de la Universidad Tecnológica de Melbourne, la acción de la energía oscura es como si se lanzara una bola al aire y ésta se mantuviera moviéndose hacia arriba cada vez más rápido.
Los datos se ajustan, por tanto, bastante bien al concepto de constante cosmológica propuesto por Einstein. Es decir, podríamos decir que la energía oscura es precisamente una constante cosmológica y ya sabríamos su naturaleza o lo que es.
La energía oscura da cuenta del 74% de toda la energía el Universo, mientras que la materia oscura da cuenta el 22%. El resto sería todo lo que vemos.
La energía oscura fue propuesta a finales de los noventa basándose en las explosiones de supernovas de tipo Ia, que funcionan como candelas estándar. Como se sabe su brillo intrínseco se puede saber la distancia a la que está la galaxia que las contiene midiendo su luminosidad. El corrimiento la rojo da su velocidad de recesión (o, lo que es lo mismo, la expansión cósmica). En este caso se han usado dos métodos distintos para comprobar esta expansión acelerada.

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Este esquema ilustra el método de la candela estándar, basado en supernovas, y de la regla estándar, basado en pares galaxias, para medir la aceleración de la expansión. Fuente: NASA/JPL-Caltech.

A partir de datos tomados desde satélite se confeccionó un mapa tridimensional de galaxias en el que se identificaron las galaxias más jóvenes y brillantes. Luego, usando el Telescopio Angloaustraliano estudiaron los patrones de distancia entre estas galaxias.
Las fluctuaciones originales del Big Bang provocaron patrones de formación galáctica en los que cada en cada par galáctico las galaxias estaban separadas 500 millones de años luz en promedio. Usando esta regla de medir estándar los investigadores determinaron la distancia de pares de galaxias a la Tierra. Al igual que en los estudios de supernovas, estos datos sobre distancias se combinaron con la información acerca de la velocidad de recesión (que es reflejo de la expansión) y resultó, otra vez, que el Universo se expande cada vez más rápido (o que lo hacía más lentamente en el pasado para ser exactos).
Además, el equipo de investigadores usó el mapa galáctico obtenido para estudiar cómo los cúmulos de galaxias crecen a lo largo del tiempo hasta contener miles de galaxias. Los cúmulos atraen más y más galaxias debido a la gravedad (que es proporcional a la masa contenida en él, es decir, al número de galaxias). Pero a este crecimiento se opone la energía oscura, que tiende a disgregar los cúmulos. Como este efecto reduce el crecimiento natural del cúmulo debido a la gravedad, se puede substraer el efecto de la energía oscura en el proceso.
Según estos resultados, parece que se va confirmando la presencia de la constante cosmológica en nuestro Universo*. Como la constante tiene un valor fijo por unidad de volumen y se crea más espacio continuamente, la fuerza de repulsión que produce es cada vez más intensa. El espacio es muy grande, y cada vez se crea más debido a la expansión, el efecto de esta constante, que casi era nulo al comienzo del Universo, será cada vez más importante en el futuro y alimentará un ciclo de retroalimentación positivo que expandirá el Universo cada vez más rápido diluyendo la materia que contiene y reduciendo con ello la fuerza de gravedad.
Sin embargo, esta constante cosmológica, esta energía del espacio vacío que actúa como fuerza repulsiva, no ha desvelado todavía todos sus misterios. No se sabe explicar el valor que parece tener. Cuando se creía que era nula era mucho más fácil explicar que era exactamente cero, simplemente no existía. Si todo esto se confirma, dicha constante tendría un valor muy pequeño pero distinto a cero. ¿Por qué precisamente ese valor? En ciencia suele ocurrir que la respuesta a una pregunta nos produce nuevas preguntas que no sabemos contestar, al menos de momento.
El Universo se expandirá cada vez más rápido hasta que se diluya prácticamente en la nada, pues no se conoce ningún mecanismo que pare la expansión. Todas las galaxias fuera de nuestro grupo local se escaparán fuera del horizonte observacional a mayor velocidad que la luz y la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda formarán junto a sus satélites una única galaxia aislada en el centro de un inmenso espacio vacío (el Universo observable de entonces) gracias a la gravedad: Lactómeda. Los lactomedanos no conocerán la existencia de otras galaxias y los supuestos habitantes de esas otras galaxias también padecerán la misma suerte de censura cósmica. Casi deberíamos de dar las gracias, no sólo por saber todos estos detalles cosmológicos, sino por vivir en el momento en el que ello es posible. Sin duda vivimos en un tiempo privilegiado.


* Apéndice (actualización):
Cuando Einstein llegó a sus ecuaciones de campo vio que era difícil explicar la visión estática del Universo que se tenía en ese momento, ya que sus ecuaciones predecían un Universo dinámico. Para compensarlo introdujo la constante cosmológica que operaba a modo de fuerza que se oponía a la gravedad. Ajustando su valor se podría llegar a un equilibrio (inestable) que producía un Universo más o menos estático.
Luego se descubrió la expansión cosmológica y dijo eso de que había sido una metedura de pata, sobre todo porque si no lo hubiera hecho habría predicho la expansión de Universo o, como mínimo, un Universo dinámico. El Big Bang introduce un momento (una inercia) que tienen a expandirlo y una gravedad que tiende a detener esa expansión. Eliminó la constante cosmológica porque ya no era necesaria.
Pero la introducción en su teoría de la constante cosmológica no es tan artificial como cabría esperar, sino que es razonable pensar en una energía del espacio vacío, una constante que se añade. La forma más común de hacerlo es como un factor Λ que multiplica a la métrica gμν y se añade al las ecuaciones de Einstein, por ejemplo de este modo:

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Básicamente es una densidad de energía del vacío asociada a una presión y se puede expresar como Λ=8πρ.
La gravedad es atractiva, lo que se produce es una repulsión, una presión negativa (que tiende a expandir en lugar de comprimir) provocada por esa densidad de energía del vacío ρ. No tiene un origen geométrico. La razón de que su presión sea negativa puede explicarse desde un punto de vista clásico usando la Termodinámica. Se debe gastar la energía que hay dentro de un recinto para poder realizar un trabajo. De este modo, para producir un diferencial de trabajo se tiene que producir un cambio en su volumen (dWdV). A su vez, un cambio de volumen dV (que es positivo porque el Universo se expande) requiere un cambio de energía en el interior de dE=-P dV, en donde el signo menos denota esa pérdida de energía y P es la presión. Como en este caso la cantidad total de energía (energía del vacío) en el contenedor (el Universo) aumenta, pues es proporcional al volumen e igual a ρV=E, entonces P tiene que ser negativa, es decir P=-ρ.
Hay otras maneras de introducir una constante cosmológica, pero conceptualmente es casi lo mismo. Lo importante es la idea, el concepto, y no los detalles.
Lo increíble es que su valor sea tan bajo. Según la teoría Cuántica de Campos la densidad de energía del vacío debía de ser enorme. ¿Dónde se ha ido la que falta?

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.

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23 Comentarios

  1. lluís:

    Había leído esta notícia en distintos medios de comunicación.En uno de ellos decían que se cofirmaba la constante cosmológica de Einstein.Este error es frecuente por lo que vengo observando.Einstein introdujo en sus ecuaciones de campo una constante para que le diera un universo estático.Fue el astrónomo Edwin Hubble quien le demostró que las galaxias se separan unas de otras,de manera constante,entonces fue cuando Einstein dijo haber cometido el error más grande de su vida.Si esta energía oscura se considera una constante cosmológica juega un papel muy distinto a la constante de Einstein,puesto que lo que hace,como fuerza repulsiva que parece ser, es acelerar la velocidad de expansión del universo, todo lo contrario de mantenerlo estático.
    Big Rip.

  2. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    No hay error si están en lo cierto. Cuando Einstein llegó a sus ecuaciones de campo vio que era difícil explicar la visión estática del Universo que se tenía en ese momento, ya que sus ecuaciones predecían un Universo dinámico. Para compensarlo introdujo la constante cosmológica que operaba a modo de fuerza que se oponía a la gravedad. Ajustando su valor se podría llegar a un equilibrio (inestable) que producía un Universo más o menos estático. Luego se descubrió la expansión cosmológica y dijo eso de que había sido una metedura de pata, sobre todo porque si no lo hubiera hecho habría predicho la expansión de Universo o, como mínimo, un Universo dinámico. El Big Bang introduce un momento (una inercia) que tienen a expandirlo y una gravedad que tiende a detener esa expansión.
    Pero la introducción en su teoría de la constante cosmológica no es tan artificial como cabría esperar, sino que es razonable pensar en una energía del espacio vacío, una constante que se añade. La forma más común de hacerlo es como un factor Λ que multiplica a la métrica gμν y se añade al tensor de Riemnann. Básicamente es una densidad de energía del vacío asociada a una presión y se puede expresar como Λ=8πρ.
    Hay otras maneras de introducir una constante cosmológica, pero conceptualmente es casi lo mismo. Lo importante es la idea, el concepto, y no los detalles.
    Lo increíble es que su valor sea tan bajo. Según la teoría Cuántica de Campos la densidad de energía del vacío debía de ser enorme. ¿Dónde se ha ido la que falta?

  3. joabbl:

    Sin duda este es uno de los grandes misterios de la física actual. La densidad de energía del vacío según la MC es inmensamente grande, con lo cual nosotros no podríamos estar aquí. Pero según la observación es muy pequeña aunque no nula. A las ecuaciones de Einstein el valor concreto le trae sin cuidado. De aquí podríamos deducir que el problema lo tenemos en la MC, que no entendemos cómo funciona el “vacío”. Quizá algún día por este camino se pueda abrir una brecha en MC, ¿quién sabe?.

    Saludos

  4. lluís:

    Entonces, ¿esa fuerza que se opone a la gravedad, ya era en la idea de Einstein, una fuerza repulsiva?.Porque si no lo tengo mal entendido la gravedad einsteniana es siempre atractiva.

  5. NeoFronteras:

    La gravedad es atractiva, lo que se produce es una repulsión, una presión negativa (que tiende a expandir en lugar de comprimir) provocada por esa densidad de energía del vacío ρ. No tiene un origen geométrico.
    La razón de que su presión sea negativa puede explicarse desde un punto de vista clásico usando la Termodinámica. Se debe gastar la energía que hay dentro de un recinto para poder realizar un trabajo. De este modo, para producir un diferencial de trabajo hay que cambiar en un diferencial su volumen (dWdV). A su vez, un cambio de volumen dV (que es positivo) requiere un cambio de energía en el interior de dE=-P dV, en donde el signo menos denota esa pérdida de energía y P es la presión. Como en este caso la cantidad total de energía (energía del vacío) en el contenedor (el Universo) aumenta, pues es proporcional al volumen e igual a ρV=E, entonces P tiene que ser negativa, es decir P=-ρ.

  6. NeoFronteras:

    Se ha añadido una nota extra con estas explicaciones a la entrada original.

  7. tomás:

    Muy estimado Neo:
    Tercer párrafo a partir de la 2ª ilustración:
    “Pero a este crecimiento se opone la energía oscura, que “tienen” -supongo “tiende”- a disgregar los cúmulos. Como este…, se puede sustraer… en el proceso.”
    Entiendo que la reducción del crecimiento natural del cúmulo se debe a que cada vez hay menos galaxias por integrar en él, puesto que ya las ha absorbido, y porque la expansión minora la gravedad. Es decir que ese “tiende a disgregar los cúmulos” debo interpretarlo, no como algo interno al cúmulo que le haga expandirse, sino como “tiende a separar los cúmulos”.
    Y ¿cómo se puede sustraer ese efecto si sin él esto no se daría? ¿Quiere decir que tiende a compensarse y que el cúmulo se mantendrá estable o casi? Es que esta interpretación que le doy no cuadra con el futuro de un Universo termodinámico en un futuro muy lejano quizá compuesto solo de partículas, incluso subatámicas y paralizadas. ¿No debería esto detener la expansión?
    Como ves estoy lleno de dudas. Un saludo y enhorabuena por un artículo que lleva a replantearse, para afinarlos y aclararlos, los conceptos.

  8. lluís:

    Bueno,en justícia,quizás deberíamos pagar las clases que nos da Neo,le hacemos trabajar.La cosa me ha quedado bastante clara,ahora.Así que muchas gracias por el esfuerzo.
    Saludos.

  9. NeoFronteras:

    Estimado tomás:
    El cúmulo crece por acumulación de galaxias, conforme pasa más tiempo acumula más. Si no hubiera energía oscura sólo intervendría la gravedad. El ritmo de acumulación lo darían los modelos. Conforme se mira más lejos, más atrás en el tiempo miramos y se pueden medir distintos ritmos de acumulación.
    Las barras de error deben de ser tremendas en todo caso.

  10. NeoFronteras:

    Estimado Lluís:
    De nada. Pero esperemos que la aparición de las Matemáticas no haya hecho huir a muchos.

  11. lluís:

    Diría, amigo Neo, que los que corremos por aquí, no nos caracterizamos por el miedo a las matemáticas.O al menos no nos hacen huir,cosa que es el temor de muchos divulgadores científicos,cuando escriben libros divulgativos, como es bien sabido por otra parte; además si tienes una base matemática, puedes incluso atreverte a profundizar en ellas.Me acuerdo haber leído un librito de Einstein, para tratar de explicar(o divulgar) sus teorías relativistas, en el que decía: “este libro lo pueden entender todos aquellos que sean bachilleres superiores.”.Por los comentario que leo, creo que, al menos los “habituales”, tienen ese nivel,como mínimo.
    Saludos.

  12. joabbl:

    Creo que alguien dice que por cada ecuación en un libro de divulgación el número de lectores se divide por 2, pero no creo que aquí se de este caso.

    Saludos

  13. tomás:

    Gracias, amigo Neo: Estoy con lluís en lo de hacer algo por contribuir, pues tu esfuerzo lo merece y lo haré en cuanto me sea posible; lo malo es que no te sé decir cuando, aunque no dejo de pugnar por mejorar.
    Respecto a lo de meter fórmulas, me parece bien, siempre que se pueda prescindir de ellas para que los que tienen aversión -es así; las ven y se ponen enfermos, lo cual denota una mala didáctica en sus primeros estudios-. Quizá debiera advertirse que no son imprescindibles para comprender el texto.
    Gracias por tu pronta respuesta.

  14. NeoFronteras:

    Aunque sólo participan unos pocos, este sitio web tiene muchos lectores y, por tanto, hay de todo. Supongo que algunos echan en falta las Matemáticos y otros creen que el nivel ya es elevado.

    Sobre las contribuciones, muchas gracias a todos pero no hace falta. Si el motivo de hacer esto fuera el económico sería un negocio ruinoso. De momento la publicidad cubre los gastos de alojamiento, aunque haya mermado últimamente (los de Edreams retiraron su publicidad hace poco). Pero si alguien quiere poner un anuncio (apropiado) sobre su compañía será bienvenido.

  15. pvl:

    Hola a todos: por mi parte os comento que acabo de enlazar el art. al debate en un foro que quizás algunos conozcáis (astroseti)en el que el nivel es bastante más bajo que el que desmostráis todos los intervinientes habituales aquí. Para mí, como simple aficionado, es un verdadero placer compartir este espacio que nos ofrece Neo (al que le doy las gracias) con gente como vosotros de los que no hago otra cosa que aprender y en última instancia disfrutar de aquello que nos une: la ciencia, al menos en su aspecto divulgativo. Lo dicho, un verdadero placer intelectual, y ojalá este sitio pueda mantenerse como hasta ahora: tanto en el rigor y amenidad de sus art. como en la educación e interés de vuestras intervenciones.

  16. marco aurelio carvalho gonçalves:

    Bom dia,

    Sou do Brasil, logo estarei escrevendo em portugues. Considero este um dos maiores sites cientifico da atualidade.Parabens para as pessoas que o mantem,os artigos são atuais e nos fazem refletir sobre os maiores desafios do homem moderno, poderiamos chamar este site denossa acropole cibernetica!
    Gostei muito deste artigo em função dele reforçar a teoria de Einstein sobre a relação entre gravidade e espaço. Se no inicio toda materia estava concentrada em um ponto, o espaço deveria estar totalmente distorcido. A medida que começa a ocorrer a expansão, o espaço volta a sua forma de equilibrio – ele funcionaria como uma mola que armazenou energia em função do peso sobre ela e a medida que este peso vai sendo retirado a mola expande-se cada vez mais rapido; acredito que o texto acima nos fala exatamente isto.
    As forças envolvidas entre espaço(mola) e materia(peso) tem de manter constante o sistema.
    Parabens uma grande artigo que acredito que tem tudo para um futuro Nobel!

  17. Miguel Angel:

    Um abraço bem forte para tudos os brasileiros e portugueses que gostam desta web.

  18. NeoFronteras:

    Me permito recordar a Jorge Saffores que la educación y cortesía son también más importantes que la ciencia. De otro modo se cae en la barbarie.

  19. Jorge Saffores:

    Muchachos de NeoFronteras: Si me van a llamar “bárbaro, mal educado y descortés”, por lo menos publiquen mi comentario para que los lectores puedan saber de que se trata. Saludos.

  20. tomás:

    Estimado Neo: Por tu 18, ¿?. ¿No te habrás equivocado de artículo?

  21. NeoFronteras:

    Señor Saffores:
    El que no hace nada no se equivoca y desde aquí siempre se ha agradecido que los lectores señalaran los errores que han aparecido para corregirlos.
    La experiencia que da la edad permite saber perfectamente las intenciones y pensamientos que hay detrás de un texto, incluso cuando éste carezca de entonación y de lenguaje no verbal.
    Así que le puedo asegurar que al otro lado de este sistema no hay ningún “muchacho”, término que usted ha vuelto a emplear por segunda vez y que no es respetuoso, sobre todo si el comentario y/o el contexto no es amistoso.

  22. tomás:

    Estimado Neo: Lamento haber metido la pata con mi 20, pero aseguro que el 19 no estaba cuando yo escribí y sin embargo lleva una fecha anterior. No lo entiendo. En fin, siento haberme inmiscuido, sin quererlo, donde no me llamaban.
    Un cordial saludo.

  23. NeoFronteras:

    No se preocupe Tomás.
    El comentario de la polémica fue eliminado y el 19 estaba en espera de aprobación para ser publicado, cosa que se hizo manualmente en lugar de automáticamente, por eso no aparecía en un primer momento. Y como este tipo de cosas quitan tiempo y, lo que es peor, no aportan nada, se decidió no seguir alimentando al troll eliminando todos sus comentarios posteriores.

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