El Universo es isótropo
La probabilidad de que el Universo no sea isótropo es una entre 121.000.
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Si el Universo es igual en todas las direcciones que miremos entonces diremos que es isótropo.
El último estudio sobre el fondo cósmico de microondas (FCM) indica que, efectivamente, el Universo es isótropo o que, al menos, no lo es con una probabilidad de una entre 121.000. Es decir, el Universo no tiene un eje de giro o ninguna otra dirección privilegiada.
El principio cosmológico sostiene que el Universo es homogéneo e isótropo. La razón práctica es que es la única manera de resolver analíticamente las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General.
También hay una razón filosófica para que el Universo sea isótropo: el principio copernicano. En 1543 Copérnico propuso que la Tierra no estaba en el centro del Sistema Solar (lo que se consideraba el Universo en aquel entonces). A partir de aquí se postuló el principio según el cual no ocupamos una posición privilegiada en el Cosmos. Y si es esto es cierto para la Tierra entonces tiene que serlo para otros cuerpos y eso implica que el Universo no tiene que tener un centro o lugares o direcciones especiales.
La idea de la homogeneidad e isotropía el Universo pasó a ser importante a principios del siglo XX cuando se descubrió la Relatividad General y que el Universo se expandía.
Obviamente, hay una escala por debajo de la cual esto no se cumple, pues un trozo de la Tierra es muy distinto de un trozo de espacio vacío. Se asume que la escala por debajo de la cual no se cumple el principio cosmológico es la que está determinada por los cúmulos de galaxias.
Experimentalmente se podría demostrar el principio cosmológico si observamos todas las galaxias del universo visible. Pero el número de galaxias que podemos observar con nuestros telescopios es limitado debido a que las más lejanas son tan débiles que no las vemos.
Afortunadamente hay un atajo: observar el FCM. Como la estructura a gran escala del Universo depende de cómo era el Universo en sus primeros momentos, entonces un Universo primitivo homogéneo e isótropo debe producir un Universo homogéneo e isótropo al cabo del tiempo.
Así que la observación del FCM, que nos da una idea de como era el Universo al cabo de 380.000 años tras el Big Bang, nos debe decir si el Universo era (es) isótropo.
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Gracias a los observatorios orbitales WMAP y Planck se han podido levantar mapas de altísima precisión del FCM. Algunos análisis del pasado realizados sobre estos mapas indicaban que era posible que el Universo no fuera isótropo.
Así, hace unos años, un análisis de los datos de WMAP sugería que había un “eje del mal” en el mapa del FCM que indicaría que el Universo no es isótropo. Pero ya entonces, algunos expertos del campo dijeron que se trataba de una fluctuación estadística de los datos.
Recordemos que reducir los datos de WMAP o Planck es una tarea ardua y compleja, pues hay que restar efectos como el ruido que introduce nuestra propia galaxia.
Ahora se publica el estudio más laborioso al respecto basado en datos de Planck y WMAP y este indica que no hay anisotropías en el FCM. El estudio ha sido realizado por Daniela Saadeh y Andrew Pontzen (ambos del University College London) y sus colaboradores.
En lugar de fijarse en posibles desequilibrios locales en el FCM, estos cosmólogos consideraron todas las posibles maneras en las que el espacio pudiera tener una dirección privilegiada y cómo esos escenarios afectarían al FCM. Entonces buscaron esas posibles marcas o patrones en el mapa del FCM realizado con los datos de WMAP y Planck.
Así por ejemplo, el espacio podría expandirse a diferentes velocidades a lo largo de diferentes ejes. Eso provocaría que la radiación del FCM de diferentes ubicaciones sufriera un corrimiento al rojo o hacia el azul diferente a otras regiones. También podría ocurrir que el espacio rotara sobre un eje, lo que crearía una espiral en el mapa del FCM. O también se podrían haber generado en el universo temprano onda gravitacionales tan intensas que habrían distorsionado el espacio en ciertas direcciones, lo que también se apreciaría en el mapa del FCM.
Podemos apreciar gráficamente esto con el ejemplo dado por las figuras que ilustran este post. Un Universo anisótropo dejaría patrones en el FCM como el de la figura de cabecera que el FCM real (más abajo) no tiene, pues sólo presenta un ruido aleatorio.
Estos investigadores usaron un supercomputador para poner a prueba todas estas posibilidades y compararon sus resultados con los datos reales. De las cinco posibles causas de anisotropía testadas no se ha encontrado ninguna en los datos reales del FCM. Es especial fueron muy determinantes los datos relativos a los modos de polarización.
El estudio no puede negar categóricamente que no haya anisotropías, pero puede poner límites a las mismas y explicar las posibles anisotropías como fluctuaciones estadísticas. Hasta ahora la isotropía gana por 121.000 a 1.
Así pues, los que apoyan el modelo cosmológico estándar pueden respirar tranquilos de momento.
Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=5035
Fuentes y referencias:
Artículo original I.
Artículo original II.
Imágenes: ESA, Planck Collaboration, D. Saadeh y colaboradores.
11 Comentarios
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lunes 12 septiembre, 2016 @ 12:14 pm
Por lo que imagino de las dimensiones del Universo, un cúmulo de galaxias, incluso como el que nos acoge, de menos de medio centenar de galaxias, es enorme. No digo de los que contienen centenares, o más de mil galaxias, y está muy separados unos de otros de manera que no tienen relación gravitatoria detectable entre ellos. Existen enormes espacios vacíos que imagino corresponden al azul de la ilustración cuyas dimensiones han de ser asombrosas. También, en algunos lugares se dan colores de amarillo tirando a rojo muy extensos. Yo no tengo otra fuente que me sirva para juzgar y aunque no haya eje de giro alguno, mi impresión es que un hipotético viaje hacia el azul sería muy distinto de otro hacia el rojo, a pesar de creer que, en un principio, debió ser isótropo y homogéneo.
Comprendo que lo que tenemos es un mapa de microondas del origen, es decir del desacoplamiento, que ello está en relación de la temperatura y que esta lo está con la materia, pero sigue sin parecerme homogéneo ni siquiera a escala de cúmulos, lo que no es poco. O sea, que tengo dos razones opuestas.
Saludos.
lunes 12 septiembre, 2016 @ 6:27 pm
Estimado Tomás:
La diferencias de color en los mapas de Planck se refieren a unas diferencias de temperatura minúsculas. Además, aleatorio no significa equidistante. Si mezclamos azúcar y café no obtenemos una distribución igual a la de un tablero de ajedrez, sino que hay agregados.
lunes 12 septiembre, 2016 @ 7:45 pm
Pues si así el modelo Lambda Cold Matter, el modelo estándar, vaya, resulta un tanto aburrido.
Pero,tiene algunos problemas.¿ No resulta sorprendente que la matefia oscura tuviera una temperatura en el cero absoluto? Y, ¿ ptesenta curvatura el modelo? Tampoco dice nada sobre el origen de la materia oscura ni de la energía oscura.
Las pequeñas diferencias de temperatura observadas en el FCM, ¿ son ddespreciables?.¿ nada significan?.
Quizá hay que comprender mejor, con más observaciones, o estudios la física fundamental.
lunes 12 septiembre, 2016 @ 8:35 pm
Una aclaración se hace necesaria, las pífias que se pueden observar en mi comentario 3, no se deben al hecho de hallarme bajo efectos etílicos. Puse el comentario con el móvil y escribir aquí con tal artefacto resulta algo infernal.
Saludos.
lunes 12 septiembre, 2016 @ 9:41 pm
Estimado Lluís:
Los móviles suelen provocar más mal que bien, pero nos empeñamos en usarlos. Ahora estamos bajo vigilancia, entre otras cosas. Me acuerdo de un tipo al que le pillaron en una infidelidad gracias a la ubicación del facebook del móvil. Decía que estaba en casa de su madre, pero el facebook decía otra cosa distinta. Es sólo un ejemplo. La NSA estará muy contenta con estos dispositivos.
En cuanto a las diferencias observadas en los mapas del FCM, sí que tienen significado, pues esas pequeñas inhomogeneidades son las que permitieron a la materia agruparse bajo la gravedad y formar cúmulos de galaxias.
Es verdad que el modelos cosmológico estándar no dice mucho sobre la materia oscura, pero impone ciertas restricciones.
martes 13 septiembre, 2016 @ 9:03 am
Agradezco mucho la aclaración, admirado Neo. Es importante saber que esas diferencias de color distinguen temperaturas muy próximas. Es muy sencillo recordar -por su valor comparado con el cero absoluto en ºC- que anda por el 2,73 K. Y, si es posible, me agradaría conocer cuales corresponden al mínimo, que supongo azul, y al máximo que imagino ser el rojo.
Un muy cordial -de corazón- saludo.
martes 13 septiembre, 2016 @ 9:35 am
Según leí hace mucho, aproximadamente una diezmilésima de Kelvin.
(Tmax – Tmin) : Tmedia = 0.0001
Saludos.
martes 13 septiembre, 2016 @ 12:34 pm
El FCM es isótropo según una parte en 100.000. Así que el granulado que vemos está por debajo de eso y depende de la sensibilidad del instrumento empleado.
jueves 15 septiembre, 2016 @ 8:03 am
No esperaba diferencias tan pequeñas. Siendo así, puedo cambiar mi opinión. Claro que cualquier diferencia se carga la homogeneidad, la isotropía y cualquier otra uniformidad, pero creo que yo sí aplicaría esos términos a una masa de agua marina, por ejemplo, sabiendo que las moléculas del agua se orientan porque no hay simetría en ellas y que existe sal disuelta… Por otra parte, alrededor de una estrella o de un agujero negro hay diferencias muy importantes en la gravedad conforme te alejas, pero claro, hablando de cúmulos que tomo como intercúmulos, puesto que dentro de un cúmulo ya hay una gravedad mayor que permite su existencia, la cosa cambia.
Sin embargo pienso que la idea de Copérnico tuvo más de sirindipia, si la aceptamos como cierta, y menos base que las ecuaciones de Einstein, o que las imágenes del fondo cósmico de microondas porque no existen tantos lugares en la gran cantidad de estrellas de las que ya conocemos que tengan una zona habitable; incluso se me ocurre que las estrellas dobles, que parecen ser más comunes de lo esperado deben ser menos capaces de mantener un sistema planetario estable. O sea que algún privilegio sí tenemos. Y lo tiene el ser humano en la Tierra. No como privilegio, diría yo, sino como peculariedad, como la tiene un felino con la capacidad de sus armas para cazar o un ave para volar. Si lo tomásemos como probabilidad, es una entre todas las especies que han existido y existen, lo que me parece tremendamente escaso.
Gracias a Neo y a Albert por sus datos
jueves 15 septiembre, 2016 @ 8:12 am
Al releer me doy cuenta de que se me escapó el dedo: serendipia, que no «sirindipia»; algo así como chiripa, que no «chiripia».
Lo siento.
jueves 15 septiembre, 2016 @ 10:29 pm
EL universo , a escalas atómicas, es heterogéneo y anisótropo , a escalas ordinarias, humanas, más, a escalas planetaria, muy poco homogéneo y a escala galáctica, con 100.000.000.000 de soles, poquísimo. Sin embargo,¿ la suma de todas esa irregularidades debe parecernos lo contrario ? El FCM solo es una foto de una realidad parcial, la radiación, de un cosmos que tienen muchas más facetas… Lo de la isotropía a gran escala me parece imposible, por grande que hagamos esa escala, a menos que al final, nos quedemos con un vacío inconmensurable, dentro del cual, separadas por distancias inexpresables, vaguen realidades inapreciables, filamentos de cúmulos galácticos, casi nada nadando perdido en el gran vacío total. Isotropía.