NeoFronteras

¿Y si no existe la expansión acelerada?

Área: Espacio — Domingo, 23 de Octubre de 2016

Un grupo de investigadores usa una muestra grande de datos de supernovas de tipo Ia y concluye que no hay significación estadística que apoye la expansión acelerada del Universo.

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Antes de los años noventa la Cosmología era más sencilla. El modelo de Universo que se tenía (CDM o de materia oscura fría) parecía funcionar bien. Según este modelo, el Universo se expandiría a un ritmo constante en el tiempo si no había suficiente materia cuyo campo gravitatorio redujera esa expansión.

Pero en los años noventa del pasado siglo la cosa cambió. Dos grupos de astrofísicos liderados por Adam Riess y Brian Schmidt observaron unas 50 supernovas lejanas de tipo Ia y descubrieron algo nuevo. Estas supernovas, cuyo brillo intrínseco es conocido (por ser de tipo Ia, lo que sirve de candela estándar), parecían tener una luminosidad medida desde la Tierra más débil de lo que se correspondería por su corrimiento al rojo. Esto podía ser explicado por una expansión acelerada del Universo que estaría provocada por un agente desconocido al que se denominó energía oscura y que sería una energía contenida en el espacio vacío que actuaría como una presión negativa.

Al principio no se aceptó el resultado, pero al final ha terminado siendo el modelo cosmológico estándar al que se ha llamado ΛCDM, pues al anterior modelo se le añade una constante cosmológica que desde Einstein se simboliza por una lambda mayúscula. Según este modelo el Universo está dominado por una energía oscura que se comporta como una constante cosmológica

Lo malo es que las barras de error en Astronomía son muy grandes y se necesitan muestras muy grandes para evitar que se tome por cierto lo que puede ser una fluctuación estadística.

Desde entonces se han propuesto diversas explicaciones alternativas a lo observado que no implicaban la existencia de la energía oscura. Algunas de ellas fueron cubiertas en NeoFronteras. Entre otras explicaciones populares estaba la de que ocupamos una región del Universo más vacía que el promedio y ello provocaría el efecto observado sin recurrir a la energía oscura. Hipótesis que al final se descartó por falta de pruebas.

A la vez se fueron encontrando señales de la expansión acelerada en las medidas del fondo cósmico de microondas (FCM) y de la observación de galaxias lejanas.

El caso es que Perlmutter, Riess y Schmidt recibieron el premio Nobel en 2011 por este descubrimiento de la energía oscura y la aceleración del Universo.

Desde los años noventa se han ido observando cientos de supernovas de tipo Ia. Ahora un grupo de físicos ha analizado estos datos y llega a la conclusión de que no son suficientes como para apoyar la aceleración de la expansión.

Subir Sarkar (Universidad de Oxford), Jeppe Nielsen (Academia Internacional Niels Bohr de Dinamarca) y Alberto Guffanti (Universidad de Turín) han realizado un estudio estadístico de los datos de 740 supernovas de tipo Ia y los resultados son consistentes con una expansión constate no acelerada.

La diferencia entre este estudio y otros similares está en el análisis de como se maneja las variaciones del brillo de estas supernovas. Aunque las explosiones de de supernovas de tipo Ia son casi iguales entre sí (lo que les permite ser usadas como candela estándar), los autores del estudio han tenido en cuenta esas pequeñas diferencias que sí hay entre estas explosiones. Así que adoptaron técnicas estadísticas más sofisticadas que las usadas anteriormente para tener en cuenta este efecto.

Concluyen que la desviación de la expansión constante es menor de 3 sigmas de significación estadística, lo que implica una significación demasiado pequeña y lejos de las 5 necesarias para declarar un descubrimiento. Si la expansión del Universo se está acelerando lo debe de hacer a un ritmo muy pequeño.

Un ejemplo de algo similar sucedió sobre datos del LHC en diciembre del año pasado cuando se anunció que había entre 3,4 y 3,9 sigmas de significación que indicaban la existencia de una nueva partícula de 750 GeV, lo que produjo unos 500 artículos sobre el tema. Pero este agosto se anunció que la significación estadística bajó por debajo de 1 con los nuevos datos recopilados desde entonces. Se trataba de una fluctuación estadística y tal partícula no existe.

La realidad es que se necesitaría medir miles de supernovas lejanas de tipo Ia y usar técnicas estadísticas refinadas para poder afirma o negar la expansión acelerada, aunque la navaja de Occam ya nos esté diciendo que es mejor eliminar la energía oscura.

Sobre las otras pruebas basadas en datos sobre el FCM tomados por Planck, Sarkar dice que en ese caso se trata de comprobaciones indirectas que aparecen al asumir el modelo, pues la luz del FCM no está afectada directamente por la energía oscura. Aunque está el efecto Sachs-Wolfe, sobre cuya existencia no se han encontrado pruebas concluyentes aún.

Quizás sea necesario usar un marco más complejo en el que se tenga en cuenta que el Universo no es total y absolutamente homogéneo y que por tanto no se comporta como un gas ideal

“Naturalmente, será necesario realizar mucho trabajo para convencer a las comunidad de físicos de todo esto, pero nuestro trabajo sirve para demostrar que el pilar fundamental sobre el que se asienta el modelo cosmológico estándar se tambalea un tanto. Esperemos que esto motive la realización de mejores análisis sobre los datos cosmológicos, así como inspire a los teóricos a investigar modelos cosmológicos más matizados. Se harán progresos significativos cuando el Telescopio Europeo Extra Grande realice observaciones ultrasensibles basadas en peines láser para medir directamente la expansión durante 10 o 15 años y comprobar así si se está acelerando”, dice Sarkar.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5125

Fuentes y referencias:
Artículo original (en abierto).
Foto de supernova SN 2014J: W. Zheng and A. Filippenko, UC Berkeley.

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

  1. JavierL:

    Tremendamente importante el artículo… Increíble lo que sucede por asumir que las explosiones son iguales.

  2. Albert:

    El blog de La Ciencia de la Mula Francis también ha escrito hoy sobre el tema, el título es “La nueva polémica sobre la energía oscura y las supernovas de tipo Ia”, informo por si su consulta pudiese ser interesante para tí y para tus lectores.
    Saludos

  3. NeoFronteras:

    Sí, parece que Francis también se hizo eco al día siguiente del asunto, pero lo hace de un modo más crítico sobre este resultado.

    Aquí se puso el título entre interrogaciones para dar a entender que todavía no es un resultado asentado. Pero tampoco lo es el otro al no estar aceptado por el 100% de la comunidad.

    El tiempo y nuevos datos irán diciendo si hay o no hay expansión acelerada.

    Hay un factor que todavía no se ha visto. Para supernovas realmente lejanas se debe medir que no había aceleración en la expansión para su época hasta que hace unos 5000 millones de años la energía del vacío empezó a dominar. Es algo que se ha predicho, pero que necesita de más datos.

    Sin embargo, es verdad que se ha comporbado el efecto Sachs-Wolfe (un efecto por el cual los fotones del FCM ganarían energía al pasar cerca de grandes masas por culpa de la energía oscura, algo que se puede medir comparando el mapa del FCM y las distribución a gran escala de materia) por parte del equipo de Tommaso Giannantonio con una significación de 4 sigmas.

  4. Albert:

    Oscilaciones Acústicas de Bariones:
    http://neofronteras.com/?p=4305
    Saludos.

  5. Arnaldo:

    Je, que cosas!, y yo que vengo de leer un articulo sobre el limite superior de la carga electrica del fotón <1 × 10 -46 e, (suponiendo la existencia de fotones con carga negativa y positiva ), de una partícula, que normalmente suponemos neutra. Y el articulo explica, que la posibilidad de que los fotones tuviesen carga, cambiaría la visión que actualmente tenemos sobre la evolución del universo. La teoría del ambiplasma o universo eléctrico, que ya se descarto?.

    http://www.cienciacanija.com/2007/07/08/nuevo-limite-a-la-carga-del-foton/

    https://es.m.wikipedia.org/wiki/Ambiplasma

  6. NeoFronteras:

    Una cota superior siempre es compatible con cero. Si además es tan pequeña entonces posiblemente sea cero. Experimentalmente es imposible llegar exactamente a cero, aunque nos podamos acercar tanto como queramos, por lo que siempre queda espacio para la especulación.

    Y si tuvieran carga entonces casi toda la Física que creemos estaría mal.

    Es decir, los fotones no tienen carga.

    Lo del ambiplasma es una tontería que, de vez en cuando, alguien se molesta en traer por aquí. Habrá que meter la palabreja en la lista de spam.

  7. Pocosé:

    Pues vaya papelón para el que demuestre que la expansión no es acelerada: Hará desaparece el 70% del Universo de un día para otro.

  8. Tomás:

    Siempre he sentido una desconfianza escondida hacia las candelas estándar. Ahora dice el artículo que, en principio la cosa se basó en la observación de unas 50 supernovas Ia a lo que deben sumarse, desde entonces, “cientos” de observaciones de “supernovas tipo Ia”, además de 740 últimamente y todo ello nos lleva a menos de 3 sigmas. Por último creo entender que se necesitarían miles de observaciones -¿sea un mínimo de 5000 o 10.000?- para conseguir las 5 sigmas. O sea que la cantidad de observaciones importa.
    Pero no me parece apropiado usar la navaja de Occam tan pronto. Primero habrá que tener paciencia y conseguir un criterio más seguro para medir esa aceleración si es que existe; o sea que lo que se encuentre tenga ese sigma 5.

  9. lluís:

    No me parece una mala idea asumir que el Universo quizá no sea total y absolutamente homogéneo, porque en condiciones normales de presión y temperatura la mayoría de los gases reales se comportan como gases ideales. Y si no se diera esa homogeneidad supuesta los gases podrían tener distintos comportamientos.

    Además,peinso que para que la existencia de la energía oscura sea una realidad, esto sólo podría ser así, si el Universo es un sistema aislado; no sé si de otra manera, de no ser un sistema aislado, se podría dar una presión negativa que acelerará la velocidad constante de expansión que aquí se le supone al universo.

    Lo que me ha sorprendido un tanto es que el FCM no se vea afectado de manera directa por la energía oscura. Si el FCM permea todo el universo, si se admite la existencia de la energía oscura, ¿cómo puede ser que no se vea afectada directamente la radición del fondo cósmico de microondas?

  10. NeoFronteras:

    Hay varios factores que afectan las medidas. Uno de ellos es que las explosiones de supernovas de tipo Ia tienen subtipos y no son candelas estándar perfectas. Esto hay que tenerlo en cuenta. Otro podría ser, quizás, la materia que hay entre la explosión y nosotros, pues si hay inhomogeneidad en el Universo podría afectar las medidas.

    Posiblemente la energía oscura exista y Sarkar esté equivocado, pero no sólo hay que demostrar bien que existe, sino su cuantía, porque de otro modo no se podrán contrastar los modelos que tratan de explicarla y nunca sabremos su naturaleza.

    También pudiera ocurrir que sea otro éter cualquiera y no exista. Algo que también hay que demostrar.

  11. Tomás:

    Pienso que se ha dado mucho por supuesto en la idea del universo. Por ejemplo el comportamiento como gas perfecto que menciona Lluís. Sobre todo al considerar que existen cúmulos y supercúmulos de galaxias mantenidos por la gravedad, separados por inmensos vacíos de otros, y que, entre unas y otras agrupaciones, la gravedad es ya despreciable. Pero tal cosa no se da en los gases perfectos, ni siquiera en algunas mezclas de finísimo polvo y gas -creo recordar que en extintores- donde polvo y gas, durante algunos instantes de su liberación pueden tratarse como gas más o menos perfecto, pero que pronto pierden esa posibilidad. También podría compararse con grumos en alguna mezcla líquida. Y eso, naturalmente afecta a la supuesta homogeneidad que tantas veces hemos tratado aquí.
    Parece ser que todo eso, como parece aceptar Neo, precisa una revisión.

  12. Michael Knight:

    leyendo un articulo, ´Viajar a las estrellas (I) y (II)’, en el elprofedefisica, de naucas, la introduccion al articulo comentaba ” Los exoplanetas se encuentran a grandes distancias, mucho más lejos de lo que un ser humano podría viajar. Aun así, los humanos no se resignarán a permanecer confinados en su propio sistema planetario. Las propias leyes de la Física imponen límites a la posibilidad de viajar a otras estrellas, pero Las sociedades humanas, con apenas excepciones, han atendido siempre la llamada a expandirse por todo tipo de territorios en busca de espacio vital. Parece que se trata de algo consustancial al ser humano. Buscamos tierras de cultivo, recursos minerales, puertos naturales, territorios para colonizar, enclaves militares estratégicos. En el proceso algunas naciones prosperan más que otras, pero el resultado general es una expansión de la raza humana.

    Hemos colonizado todos los continentes, hemos establecido colonias en la Antártida y en órbita terrestre baja. La siguiente frontera es el espacio. En las últimas décadas hemos desplegado un buen número de sondas interplanetarias, paso previo antes de la exploración tripulada. Ya hay planes para colonizar mundos en nuestro propio sistema solar y para explotar los recursos minerales de asteroides y cometas cercanos. Más cerca de casa, la Luna nos brinda una estación espacial natural en la que podemos extraer recursos como helio-3 y donde podemos establecer bases de exploración.

    Tarde o temprano el hombre saldrá de su pequeña isla planetaria y colonizará el archipiélago que forma el Sistema Solar. Después de eso se plantearán dos alternativas: o bien la humanidad se contenta con ocupar su propio sistema planetario y nada más, o bien dará el gran salto a la búsqueda de nuevos mundos en otras estrellas. La primera alternativa es poco probable, dado el impuso natural que tenemos por seguir ampliando horizontes. En cuanto a la segunda, plantea problemas de enorme dificultad.”

    En cuanto al tema este, alguien comento una vez, que “Por lo que se ve la forma más óptima de viaje interestelar dentro de los limites de la física, la ciencia y la logística son;
    1. La nave sea una sonda.
    2. La propulsión a vela es la más factible.
    3. Velocidad inferior a C.
    4. Un escudo de desgaste que acepte los impactos de partículas.
    5. Una IA tripula la sonda y almacena material genético y cultural de forma digital.
    6. Que sea en si misma una industria auto replicante
    7. Que sea una cooperación internacional.

    Conclusión; la solución esta ahí pero viendo la situación actual con proyecciones en el mejor de los casos no se enviará una máquina así hasta dentro de un siglo a la estrella más cercana. Y siendo optimistas.”

    Y otra persona, añadia, ” Este tema entra quizás mas en el campo de la sociología que la astronautica.”

    Un articulo interesante sobre el tema, es:
    ulum.es/un-estudio-con-los-pies-en-la-tierra-sobre-el-espacio/

  13. NeoFronteras:

    Michael Knight:
    Su comentario no tiene nada que ver con el hilo o la noticia.

  14. JavierL:

    Sobre la homogeneidad e isótopos del universo Estaba viendo un vídeo muy interesante
    https://youtu.be/6n2cw_AW01I
    Muy interesante ver ambas propiedades como fluctuaciones cuánticas.

    Aprovechando… Que pena con ustedes, pero alguno sabe si ¿Hay alguna relación entre la inflación original y la inflación actual?
    ¿ese inflatron tiene relación con la energía oscura?
    ¿según esa teoría del vídeo, que pasa con el inflatron después de la inflación original?

  15. NeoFronteras:

    Buena pregunta. Se supone que no hay relación entre la inflación original (si es que existió) y la expansión acelerada actual (si es que existe).

    El recurso del inflatón para explicar la original convence a mucha gente que apoya la hipótesis, pero es, cuanto menos, ad hoc. Se necesita una inflación para hacer plano y homogéneo el Universo, entonces se recurre a un falso vacío en un campo escalar y entonces si hay un campo hay una partícula (bosón en este caso) y ya está. Una ventaja es que la caída desde el estado de falso vacío permite rellenar el universo primitivo de energía-materia.
    Pero lo increíble es que se proponga algo así cuando los efectos cuánticos de la gravedad eran enormes en esa época. ¿No será más natural recurrir a que dicha inflación (si existe) se debió a un efecto de la gravedad cuántica?

    En cuanto la expansión acelerada actual no se sabe su naturaleza, aunque se achaca a una energía del vacío similar a la constante cosmológica.

    Bajo las hipótesis actuales una y otra no tiene que ver.

  16. JavierL:

    Muchas gracias querido Neo.

    De pronto el tema me llenó de muchas dudas.

    conformarse con un estado de falso vacío, parece trampa, quiero decir, no es el inicio del universo, partes de una forma del universo para cambiarla a otra, igual en ese campo del inflatron estaría toda la energía del universo concentrada. Pero si que parece resolver muchos problemas y acercarnos más a la respuesta.

    Referente a los estados de vacío cuántico ¿como podemos averiguar si hay otros “mínimos”?, Es decir, tengo entendido que no sería un falso vacío, sino uno de los vacíos mínimos posible. Se brinca de uno a otro por propiedades cuánticas (¿efecto túnel?) Y en cualquier momento podría suceder nuevamente y adiós a todos, o podría suceder tiempo después que la última estrellas apague (por decirlo de una manera) y un nuevo universo surgiría. Pero de hecho es una pregunta y ni suena como tal. ¿Ese cambio del vacío cuántico puede generar otro universo a partir de este?

  17. NeoFronteras:

    “Falso vacío” es su nombre técnico, quiere decir que está en un mínimo local de energía potencial, pero que todavía hay más mínimos por debajo. No está en el estado fundamental. Cuántos haya es un tema a discutir. Puede que hubiera más y que el Universo pasase a otra vez por otra inflación en el futuro distante (una vez esté casi totalmente disuelto) que lo rellenaría de nuevo de energía-materia.
    Incluso para el bosón de Higgs se propone algo similar y puede que todo el Universo “colapse” si pasamos a otro mínimo más profundo. Aunque últimamente se dice que esa posibilidad es muy pequeña. Lo vimos por aquí hace un tiempo.
    La probabilidad de que pase algo de eso depende de la altura de barrera de potencial que nos separe de ese otro mínimo y de lo profundo que sea ese otro mínimo local más hondo.
    Los campos a veces tienen estas cosas tan raras, sobre todo si son escalares.

  18. JavierL:

    Tenía más duda al respecto pero me apoye en este artículos y sus magníficos comentarios.
    http://neofronteras.com/?p=4425

    Retomando el hilo de la noticia y de los últimos comentarios de ese artículo… ¿que no haya energía oscura ayudaría a esa sumatoria total a cero del la materia energía del universo?

    Por otro lado la nada absoluta siempre estará fuera de nuestras posibilidades, pues en el universo no podremos ir más allá del vacío cuántico. Así que no podemos experimentar con la nada absoluta y por tanto no sabremos nunca como un universo puede salir de la nada absoluta… Quizás un estado de vacío cuántico se pueda crear de la nada y nunca lo sabremos.

    Y en otro orden de ideas… Si una fluctuacion puede recrear un nuevo universo. Y basándome en ¿hasta donde sería la expansión inicial? Y ¿a que velocidad se expandirá después? Me imagino un universo dentro de otro y dentro de otro… ¿que pasaría si Dos fluctuaciones se consiguen de frente? Imagino que es algo muy poco probable

  19. Albert:

    Por si es de interés para tí y/o tus lectores

    “IS THE EXPANSION OF THE UNIVERSE ACCELERATING? ALL SIGNS POINT TO YES.
    A recent study (Trøst Nielsen et al. 2015) has claimed that the evidence for acceleration from SNe Ia is “marginal.” Here we demonstrate errors in that analysis … ”

    https://arxiv.org/abs/1610.08972

    Saludos.

  20. Miguel Ángel:

    Gracias a todos por vuestra participación y por los enlaces compartidos, me están siendo de gran ayuda.
    Al hilo de la conversación de Neo y JavierL: http://neofronteras.com/?p=4552

    Saludos/abrazos.

  21. NeoFronteras:

    Gracias por su aportación Albert.
    Estos otros sacan una significación mayor que 4, así que tienen más argumentos a su favor. De hecho, con esa sigma yo lo daría por demostrado. Una sigma igual a 5 se usa en Altas Energías, pero no necesariamente en el resto. Aunque si quieren callar la boca a los escépticos nada como enviar una misión al espacio dedicada al asunto que supere esa sigma. Además, así podríamos saber más de la energía oscura, pues desconocemos su naturaleza.

    Por lo demás, está bien que haya escépticos en la ciencia que cuestionen todo, de otro modo no sería ciencia.

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