NeoFronteras

La mayor estructura cósmica es un vacío

Área: Espacio — domingo, 26 de abril de 2015

La gran mancha fría del fondo cósmico de microondas es debida a un vacío galáctico, objeto que es ahora la mayor estructura cósmica conocida.

Foto

Desde que en 1965 se descubriera el Fondo Cósmico de Microondas (FCM) hasta que se pudo levantar un mapa de él tuvo que pasar mucho tiempo. Observado desde el suelo el FCM es extremadamente homogéneo. Las diferencias de temperatura entre las distintas localizaciones en el cielo de esa radiación son tan pequeñas que es necesario usar satélites o, en su defecto, globos en la Antártida.
Pero esas diferencias de temperatura (en términos de cuerpo negro) son muy importantes. Si no las hubiera significaría que el universo al nacer carecía de cualquier tipo de fluctuación en su densidad y la gravedad no hubiera podido agarrar en ningún sitio para formar galaxias. En ese escenario el Universo sería absolutamente uniforme y homogéneo, sería un conjunto de átomos de hidrógeno y helio equidistantes. Pero no es así, así que esas fluctuaciones debían de estar ahí. Esto algo que confirmaron los satélites COBE, WMAP y PLANK, así como los experimentos en globos.
Experimentalmente estas fluctuaciones son muy importantes porque su distribución y estructura permite confirmar o rechazar modelos cosmológicos.
En 2004 se descubrió una zona fría en el mapa del FCM. Desde entonces se ha intentado explicarla. El problema es que las teorías cosmológicas al uso no predicen nada así, por tanto habría que recurrir a física exótica para explicarlo.
Ahora se propone una explicación que permite explicar este fenómeno sin necesidad de recurrir a nada especial.
István Szapudi (Institute for Astronomy – University of Hawaii) y sus colaboradores sugieren que la mancha fría no se debe al FCM en sí, sino a la estructura a gran escala del Universo en la región, en concreto a un vacío en ella. La luz del FCM viaja por todo el universo visible y atraviesa todo lo que se encuentra en su paso, incluyendo las grandes estructuras cósmicas. Según estos investigadores, la mancha fría se debe a que la luz del FCM atraviesa una región situada a 3000 millones de años luz de nosotros que tiene un tamaño de 1800 millones de años luz y en la que la densidad de galaxias es inferior al promedio. Es una especie de vacío cósmico.
La propuesta ya se conocía de antes, pero no era fácil demostrar que, efectivamente, ese vacío estaba allí. Este grupo de investigadores lo ha logrado usando datos del telescopio Pan-STARRS1 (PS1) y del satélite WISE (Wide Field Survey Explorer) de la NASA.
Encontrar esta estructura no ha sido fácil porque, paradójicamente, identificar grandes estructuras cercanas es más difícil que identificar las que son lejanas. Simplemente porque el campo que cubren es muy grande y tiene que ser cubierto por los telescopios a partir de muchas tomas.
Este resultado se ha podido realizar gracias al mapa 3D levantado por András Kovács (Universidad Eötvös Loránd en Budapest) a partir de los datos de PS1 y WISE.
Cuando la luz del FCM entra en este vacío su longitud de onda es alargada debido a que la aceleración de la expansión es más fuerte ahí. Aunque el efecto es pequeño se acumula durante los cientos de millones de años que la luz está dentro del vacío. Como resultado la luz que emerge del vacío tiene menor energía, lo que se corresponde a una menor temperatura.
Estos investigadores planean seguir investigando el asunto gracias a DES (Dark Energy Survey), que opera desde Chile.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4656

Fuentes y referencias:
Artículo original
Composición: Gerg Kránicz, ESA, Planck Collaboration

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
Compartir »

9 Comentarios

  1. tomás:

    Admirado Neo:

    Y con esto, ¿como queda el principio cosmológico? Porque en él se contempla la isotropía y homogeneidad en escala de cientos de millones de al -¿o me equivoco?-. Pero si el universo visible “solo” tiene un radio de 13.750 Mal, ¿en cuantas partes estamos dividiendo la superficie de esfera-universo visible? Porque eso es fácil de calcular. Con 4(pi) x r^2 me salen 2.375.829.444,28 Mal^2. La “mancha de vacío dice el artículo que, a 3000 Mal tiene -supongo- la equivalencia a un círculo de 1800 Mal de diámetro. Es decir un radio de 900 Mal y, por tanto equivale en la esfera de 13.750 Mal a un círculo de 4125 Mal de radio y a una superficie de 213.834.650 Mal^2. Pero eso se acerca a 0´09 partes, es decir casi a una décima parte de la esfera del universo. Quizá deduzco o calculo mal, pero eso significa que nada menos que casi un décimo del cielo, no presenta isotropía y homogeneidad cuando apuntamos en esa y otra dirección.

    Una cosa me lleva a otra y no sé por qué. Quizá porque también corresponde a las grandes preguntas a las que no hallo respuesta: ¿No será el tiempo simplemente la forma en que la mente humana percibe la entropía y no un algo en sí mismo con realidad? Creo que sí. Parece ser la solución a todas mis preguntas sobre el tema.

    Un fuerte abrazo.

  2. tomás:

    Otra vez admirado Neo:

    Sí. He repasado porque me parecía imposible el resultado y la superficie del círculo sobre la esfera-universo es de 53.456.162,5 Mal^2 en vez de 213.824.650 Mal^2 que he calculado por confusión del área del círculo con la de la esfera; es decir, cuatro veces menos. Entonces 0,09/4 = 0,0225 partes; es decir, unas 2.25 centésimas partes que siguen pareciéndome excesivas (claro que no tan bárbaramente excesivas).

    Lo lamento. El errar es mi destino. Quizá me conviniese más dedicarme a herrar. O a dejarme herrar.

  3. lluís:

    – ¿Se conoce la razón por la cual la aceleración de la expansión es más fuertes en ese ” vacío cósmico”?. ¿Se puede deducir de esto que habría regiones del Universo en las que la aceleración de la expansión del mismo adquiere distintos valores?. No lo parece, puesto que se habla de ” constante cosmológica” ( o energía oscura) para explicar la aceleración de la expansión del Universo, y las constantes son eso, constantes.
    – En cuanto a lo que se pregunta tomás sobre ” cómo queda el principio cosmológico”, pues diría que queda igual. Si por isotropía se entiende la no variación de las propiedades físicas de los cuerpos, independientemente de la dirección en que tales propiedades sean examinadas y por homogeneidad se entiende que cualquier punto del universo es igual a cualquier otro punto y con sus mismas propiedades, pues el principio cosmológico no tiene por qué verse modificado.
    – Un saludo, tomás.

  4. tomás:

    Pues no estamos de acuerdo, querido y también admirado “lluís”. Para empezar lo que nos llega de esa región de relativo vacío es distinto de lo que llega de otras direcciones; por tanto no cumple la isotropía. Por otra, su propia existencia se carga la homogeneidad puesto que, si sus dimensiones son mayores que las de la escala en la que consideramos el principio, no cumple los requisitos.
    Ya sé que entiendes perfectamente lo que te digo, pero voy a ponerte un ejemplo porque, precisamente, el principio cosmológico es relativo a la escala: Situada en el espacio exterior, muy alejada de cualquier otro cuerpo, sea una esfera perfecta de agua no influida por gravedad alguna externa a ella misma -aunque sí a la suya propia- y que mantiene su forma por la tensión superficial. Será isótropa -observada desde su centro- y homogénea a escala de molécula de agua. Si en ella hubiese una burbuja de aire que no esté en el centro, no se movería puesto que no hay gravedad. Esa burbuja -aproximadamente esférica también, aunque no perfectamente dada la gravedad interna-, puede tener una dimensión de unos cuantos cuatrillones de moléculas. Pues bien, esa esfera ya no es ni isótropa ni homogénea.
    La diferencia de esa esfera con el universo es que el principio cosmológico lo pensamos desde cualquier punto donde nos encontremos, mientras que en la esfera ha de imaginarse sólo desde el centro.

    En cuanto a lo que dices de la constante, debería ser -o yo lo entiendo así- que se conservara en extensión, es decir, en todo el universo. Pero el artículo dice claramente “… la aceleración de la expansión es más fuerte ahí”. O sea que no es, debido a su vacío, que la longitud de onda se alargue, sino que se alarga porque la expansión en ese vacío es mayor -otra anisotropía e inhomogeneidad-. ¿Es que hemos de aumentar mucho la escala para que siga cumpliéndose el principio cosmológico? Por lo demás ya sabes que esa constante varía en el tiempo. O sea, que es, más bien, sólo cuasiconstante -supongo-.
    Y me pregunto: ¿Por qué ha de ser allí la expansión mayor? Bueno, pensando un poco, como la gravedad se opone a la expansión, al haber tan poca materia, la oposición es menor y, por consiguiente, la expansión será mayor.

    Dejé lo escrito hasta aquí hace un par de horas, he desayunado, paseado a la perrita de mi hija -ya se sabe con esto de los puentes…- y me he ido a Wikipedia, donde dice: “Un reciente descubrimiento realizado por un grupo de astrónomos… parece desafiar de forma especialmente importante el Principio Cosmológico… han encontrado un Gran Grupo de Cuásares que mide 1200 megaparsecs -o sea, casi 4000 Mal (esto es cosa mía, para comparar con nuestro vacío)-, superando con creces los límites establecidos por éste”. La página es http://es.wikipedia. org/wiki/Principio_cosmológico.
    Hay que tener en cuenta que nuestro artículo se refiere a 2004 y el que menciono debe ser del pasado año o algo así.

    Un fuerte abrazo.

  5. lluís:

    – Si fuera como dices, amigo tomás, deberíamos olvidarnos de lo que nos dice el principio cosmológico y en consecuencia tendríamos que pensar que realmente vivimos en un lugar privilegiado,o con una dirección privilegiada.Claro que la idea de un universo isótropo y homogeneo lo es en promedio y para grandes escalas de distancia y seguramente esos dos principios, homogeneidad e istropía, no se cumplen al pie de la letra,por ejemplo, estando en nuestra galaxia, si miraramos hacia el ” borde galáctico” observamos la Vía Láctea y allí podemos ver una mayor concentración de estrellas que si miramos hacia otros lados y además las galaxias se apiñan en racimos y no es lo mísmo mirar hacia un cúmulo de galaxias que hacia una región de relativa densidad de estrellas.Si suponemos que suprimimos la Vía Láctea y abarcamos una superficie suficientemente grande, entonces se halla que la densidad de galaxias parece ser bastante similar miremos hacia donde miremos. Todo esto no implica que se deba descartar el principio cosmológico, por lo que sigo pensando que el universo es isótropo y homogeneo y como dije,tal principio resulta ser una aproximación aceptable para cálculos a grandes escalas.
    – En cuanto a lo que dices sobre el alargamiento de la longitud de onda, no debida según tú, a ese ” vacío relativo” en sí mísmo, sino más bien ” porque la expansión en ese vacío es mayor”, pues la verdad es que esto parece la pescadilla que se muerde la cola, o acaso no entiendo lo que quieres decir.
    – Un cordial saludo, tomás.

  6. tomás:

    Claro, amigo “lluís”. Desde luego hago abstracción de la Vía Láctea y, como te digo, el principio cosmológico es relativo a la escala. Cuanto mayor es la escala, más cierto es. Por tanto, si hasta ahora la escala era de cientos de cúmulos -por decir algo- y se descubren estructuras mayores, para conservar la certeza del principio basta aumentar a miles de cúmulos; o a cientos de miles si es necesario. Así que debiéramos llamarlo principio cosmológico elástico. Y no creas que hablo en broma o con ironía; es que su historia ha sido así conforme se van descubriendo zonas inesperadas en el universo. Bueno, inesperadas hasta cierto punto, pues la teoría del Big Bang predecía un universo no totalmente uniforme -sin que ello se oponga al principio cosmológico- por las consecuencias de las primitivas fluctuaciones. Como Neo dijo no hace mucho, sin esas fluctuaciones, el universo sería todo él de moléculas de hidrógeno; quizá nombró también el helio y partículas elementales; no recuerdo bien. Pero de todo esto -y de muchas más cosas- sabes tú bastante más que yo.

    En cuanto a la mayor expansión en ese vacío, la cosa es sencilla y creo que esa parte no la has leído con atención. Tenemos dos fuerzas opuestas: la que produce la expansión y la gravedad. La gravedad es mayor cuanta más concentración de materia se da. Pues bien, en ese vacío la concentración es mucho menor -menos gravedad-, por lo que la expansión puede ser localmente mayor. Por el contrario, en una zona con gran concentración de materia, es decir, con una alta gravedad, la expansión será menor. Basta meditar un poco sobre lo que se tiene previsto para nuestra galaxia en un futuro lejano: se mantendrá, e incluso “chocará” con Andrómeda; es decir que, en este caso, la gravedad superará a la expansión, y eso sucederá, creo, con todo el grupo local. Si así fuese, a nivel de la dimensión del cúmulo al que pertenecemos, habrá concentración en vez de expansión.

    En cuanto a la consecuencia de que nos hallemos o no en un lugar privilegiado, está claro que no es así a nivel del Sistema Solar. Y si pensamos en la cantidad de condiciones que se precisan para la vida -aún más para una civilización- concluiremos que, al menos, estamos en un lugar y un tiempo peculiares. Al respecto te recomiendo el artículo “Neofronteras.com/?p=3447” titulado “No estamos en un lugar privilegiado”, donde, en tu comentario 3 te acercas a mi opinión. Y no creas que te reprocho que cambies. Los únicos que no cambian de opinión nunca -¡jamás!- son los políticos -aunque la cambian a poco que les convenga y, si fuera por una buena causa (imposible), me parecería lo más normal-. Si creemos que van a cambiar tenemos para un casi honorable Rato -es que alcanzar la honorabilidad es prácticamente imposible-. Pero, en fin, a lo nuestro, que siempre acabo con mis manías. Y lo nuestro, ahora, es despedirme de ti: Un gran abrazo mi buen amigo “lluís”

  7. lluís:

    Entiendo tu razonamiento tomás, me refiero al juego de la expansión-gravedad, según sea la densidad de materia, que describiste en el comentario 6; y aunque matizas que la expansión puede ser “localmente” mayor en ese vacío relativo, creo que si se considera el universo como un todo,al parecer habría zonas donde los fotones van más despacio, por ejemplo ese mísmo “vacío relativo”; y si hay regiones de universo donde la luz va más despacio la ” constante cosmológica” ya no sería tan constante; e incluso el universo podría ser muy diferente al que suponemos que es, precisamente por las diferentes velocidades de la luz según hubiera mayor o menor densidad de materia.
    – En fin, no sé, igual se me pasa algo por alto y estoy completamente equivocado.
    – Ah!,tomás, no creo de ningún modo que sepa bastante más que tú, o al menos, estaría por ver. En realidad sé poco, o sea ” pocosé”.De todos modos muchas gracias por tu amabilidad y un fuerte abrazo, amigo.

  8. petrus:

    Si el vacío cósmico posee mayor energía para expandirse allí donde no hay materia, sería lógico deducir que esa energía podría acabar transformada o perdida en generar materia, clara u oscura, allá donde aparece como galaxias o materia oscura.
    Si nos fijamos en la estructura al por mayor de la mayoría de las galaxias , espirales mejor, se observa en sus límites exteriores un efecto peculiar, similar a la condensación de un jirón de nube desde una zona saturada de vapor de agua, como si la materia visible de los extremos de los brazos espirales surgiera del vacío espacial por condensación de algo, difusa al principio y más concreta a medida que observamos zonas más interiores de la galaxia, hasta terminar, quién sabe cuándo, en el pozo final del agujero negro central…porque, preguntémonos, ¿ de dónde procede la materia difusa del extremo del brazo espiral , allá donde se confunde con el vacío, siempre ha estado ahí o ha llegado allí desde , dónde o qué ? En el fondo, si las leyes físicas son válidas siempre , han de serlo a todas las escalas. Y allá donde se produzcan unas condiciones extremas , se producirá un cambio de estado. Podría establecerse una razón continua, solo conceptual y simbólica como ésta : Gas( H2O)/vacío = vapor de agua invisible /materia oscura = agua ( líquida ó sólida)/ materia ordinaria. Tal vez ocurra algo semejante en nuestro universo. Y así como la temperatura, la presión y el volumen son los parámetros que rigen la condensación , tal vez las galaxias sean tan solo las nubes de materia ordinaria que se condensan en las zonas de vacío cósmico donde las condiciones son las precisas. La misma gravedad podría ser uno de los que favorezcan la de más materia ordinaria en la cercanía de las galaxias, o solo un efecto secundario, aparte de otros que por ahora se nos escapen, pero similares en efecto a los más conocidos. Y todo por escribir algo, puesto a elucubrar, seguramente con demasiada imaginación y aun más atrevimiento y poco fundamento …

  9. tomás:

    Querido amigo “lluís”:
    Ya sabes que la cosa del tiempo me trae mártir con ese presente inaprensible, ese pasado que ha dejado de existir y ese futuro que todavía no existe y que, cuando lo haga será tan fugaz como el presente que, seguramente, tampoco tiene existencia. Me pareció -y continúa pareciéndome- que la solución de que el tiempo sea la forma en que nuestra mente interpreta la entropía pudiera ser cierta. Intento imaginar alguna prueba. Por ejemplo encerrar a una persona en una habitación aislada donde una máquina externa construye, -o proyecta- por ejemplo dibujos en las paredes -crea orden = entropía interna del laboratorio disminuye-. Ha de ser muy activa, pero no sobrepasar el límite de percepción, porque también hay que tener en cuenta que la persona en su ser, aumenta la entropía y lo percibe. ¿Sería posible que el tiempo le pareciese muy rápido como mínimo -es decir que si en su reloj ha transcurrido una hora, a él le ha parecido media-? Es que, cuando estamos solos en una sala de espera, donde nos aburrimos porque nada sucede, en ese lugar, la entropía aumenta poco y nuestra sensación es que el tiempo transcurre lentamente -en el reloj ha transcurrido una hora, pero nos parece que han sido dos-. En un terremoto, donde el aumento de la entropía es rápido, -la entropía percibida ha aumentado -se caen las casas…- el tiempo parece haberse parado; es decir han trascurrido unos segundos, que parecen largos minutos. Es decir la correspondencia sería: la entropía varía (aumente o disminuya) muy rápida localmente -porque creo que la variación de ella en nuestro organismo ha de influir muchísimo más en nuestra mente- el tiempo “mental” va lento (laboratorio y terremoto: una hora de reloj = 1/2 hora “mental”; unos segundos de reloj son unos minutos “mentales”); la entropía varía localmente de forma que percibimos lenta corresponde a una tiempo “mental” rápido (sala de espera una hora de reloj son dos horas “mentales”). Ya sé que en la expresión común se dice al revés, pero creo que lo correcto es como te lo digo.

    No estoy capacitado para juzgar la relación entre la entropía y el transcurso del tiempo en la teoría de la relatividad, pero imagino que ha haber una relación. ¿Sería posible aplicarles las transformaciones de Lorenz?
    Tu opinión y cualquier comentario sería muy valioso para mí.
    Un fuerte abrazo, mi buen amigo.

RSS feed for comments on this post.

Lo sentimos, esta noticia está ya cerrada a comentarios.