¿Habrá un Big Rip próximo?
Un estudio reciente resuelve la tensión en la constante de Hubble proponiendo que la densidad de energía oscura aumenta en el tiempo y, por tanto, nos acercamos a un Big Rip.
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El modelo cosmológico actual es el denominado ΛCDM, en donde el Λ corresponde a la energía oscura asumiendo que es una constante cosmológica. Mientras que CDM corresponde a materia oscura fría.
La energía oscura sería, según esto, una energía que permea todo el espacio y que hace que la expansión del espacio sea acelerada, aunque también se puede interpretar como una propiedad del propio espacio. Su efecto sería como una presión de signo opuesto a la gravedad que aceleraría la expansión.
No se sabe realmente la naturaleza de la energía oscura. Aunque lo más sencillo es que sea una constante, pudiera ser que su ecuación de estado fuera más compleja y que su valor cambiara con el tiempo. De este modo, la expansión del universo se podría detener y el Universo entonces colapsaría (Big Crunch) o la aceleración hacerse cada vez más intensa y que el Universo se desgaje hasta las partículas elementales (Big Rip). El efecto de la energía oscura sólo se ha podido medir directamente en el universo local gracias a las supernovas de tipo Ia, aunque se espera que se puede medir más lejos y, por tanto, más atrás en el tiempo con la nueva generación de telescopios.
Por otro lado, hay cierta tensión entre los distintos valores que se pueden medir de la constante de Hubble, que nos dice el ritmo de expansión del Universo. No es un desacuerdo intenso, por eso sólo se le llama «tensión», y no contradicción o paradoja. El caso es que esta constante medida gracias a misiones como Planck en el fondo cósmico de microondas y las medidas en el universo local no concuerdan y las barras de error no se cruzan por muy poco. La comunidad científica asume que se trata de algún error sistemático que todavía no se ha conseguido depurar.
Por otro lado, las medidas sobre la kilonova de la que se pudo registrar su emisión de ondas gravitacionales con LIGO también han permitido inferir el valor de la constante de Hubble. Al tratarse de una sola medida, la barra de error es muy grande, pero se espera que se reduzca en el futuro según se tengan más casos.
Recientemente Guido Risaliti (Universidad de Florencia) y Elisabeta Lusso (Durham-CEA) han publicado un artículo en el que exploran una vía alternativa de medir todo esto. En este caso han usado cuásares lejanos, que, recordemos, no son más que los núcleos activos con agujero negro de galaxias muy lejanas. Se pueden observar este tipo de objetos a corrimientos al rojo de z=7,7.
En este caso han considerado la emisión en rayos X de 1600 cuásares que aparecen en las bases de datos del observatorio Chandra y del XMM-Newton y la han comparado con la emisión en el ultravioleta de esos mismo cuásares en le catálogo del Sloan Digital Sky Survey. Además, han usado un modelo para deducir que luminosidad intrínseca tienen esos cuásares a partir de esos datos.
Los cuásares analizados emitieron su luz cuando el Universo contaba con sólo 1000 millones de años. Las medidas y el modelo les ha permitido deducir que que el ritmo de expansión en ese pasado era menor que en la actualidad y que eso significa que la densidad de energía oscura aumenta con el tiempo y que estaríamos ante un escenario de tipo Big Rip. Además, dicen que su resultado tiene una significación estadística de 4σ.
El resultado concuerda con el obtenido a partir de las medidas de supernovas de tipo Ia en el universo cercano. Lo que, según ellos, les da confianza en el resultado. No concordaría con los resultados basados en el fondo cósmico de microondas. Una forma de resolver esta discrepancia sería, precisamente, si la densidad de energía oscura aumenta con el tiempo.
Algunos medios se han apresurado a anunciar el fin inminente del Universo a través de un Big Rip, pero sería un tanto sensacionalista. No solamente sería prematuro afirmar algo así basándose en sólo un estudio, sino que además el estudio no está del todo claro.
Aunque los autores presuman de una significación estadística de 4σ (muy buen o muy alta), la realidad es que medir este tipo de cosas con cuásares no es trivial y, normalmente, se tiene mucho ruido en las medidas. Por ello, los autores han seleccionado unos cuásares que son particularmente «limpios» en su señal. Es decir, no han usado todos los datos disponibles sobre cuásares, lo que aumentaría drásticamente las barras de error y daría al traste con la significación de 4σ invalidando el resultado, sino que han seleccionado un subconjunto de ellos. Aunque no llegan al fraude del cherry picking, no deja de ser algo problemático desde el punto de vista estadístico.
Así que, de momento, parece que estamos a salvo y todavía nos quedan bastantes miles de millones de años de existencia.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com
Fuentes y referencias:
Artículo original.
Artículo en ArXiv.
Ilustración: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: NASA/CXC/Univ. of Florence.
2 Comentarios
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domingo 10 febrero, 2019 @ 8:59 pm
La energía oscura que causa la aceleración de la expansión del Universo sigue una ecuación de estado que relaciona la densidad “d” y la presión “p” mediante la ecuación:
p = w · d· c^2
En donde w es una constante menor que -1/3 para que haya aceleración de la expansión.
En el modelo ΛCDM concordante se presupone que w = -1. Ello permite asimilar la energía oscura a la Constante Cosmológica de Einstein.
En Cosmología, el indicador de la expansión del Universo es el Factor de Escala “a” una cifra adimensional que indica la relación entre la distancia que separa dos puntos del universo en un instante dado, respecto de la distancia que los separa en otro instante tomado como referencia
Con w = -1 (constante cosmológica) el factor de escala, aunque se va acelerando solo alcanza un valor infinito en un tiempo infinito
a(t) = C · EXP ( c · t)
Pero con w menor que -1, (que es lo que propone el paper que ha originado el presente post de Neofronteras) el factor de escala se dispara a un valor infinito en un tiempo finito, eso es lo que llaman “big rip” y parece ser lo “mediático” del tema, aunque para mi es de importancia secundaria respecto a otras cuestiones que sí me intrigan. Cuando w es menor que -1 a la caracterización de la energía oscura se le llama “Energía Fantasma”
Pero resulta que, por ejemplo David Galadí en su libro “La evolución del cosmos” pag. 153 que:
“…la llamada energía fantasma presenta un comportamiento no físico, … conduciría a soluciones no físicas e incluso violaciones del principio de causalidad…”
Jordi Cepa en su libro “Cosmología Física” dice en la pág. 132:
“…Existe un tipo de energía llamada Energía Fantasma con w menor que -1. No parece existir un lagrangiano estable que la represente, y además viola la causalidad. Por estos motivos se duda de su existencia y no parece que deba ser considerada en la actualidad como candidato a energía oscura…”
Pero ambos, David Galadí y Jordi Cepa, hacen estas afirmaciones sin demostrarlas. Agradecería que alguien me mostrase la demostración o la refutación de esas afirmaciones.
Como siempre, gracias don Neo por divulgar Ciencia y Tecnología, saludos cordiales.
lunes 11 febrero, 2019 @ 9:29 am
Bueno, lo cierto es que los modelos donde más se revelan es en sus límites, ¿se podría decir, técnicamente, que la mecánica clásica newtoniana está falsada? Es el problema de la incompletitud frente a la falsabilidad, yo siempre tuve a Popper por un farsante. Entendiendo falsabilidad como inapelable, evidentemente. Lo cierto es que la mecánica newtoniana es perfectamente válida en su dominio de definición, el problema es extraer conclusiones de cualquier tipo fuera de éste.
También tenemos el problema de la creciente complejidad de las herramientas matemáticas necesarias, pero esto es otra historia. O eso parece.