INTRODUCCION.
El camino para la demostración de esta
teoría no ha sido fácil, desde las observaciones de Edwin Hubble en 1929 sobre
el cálculo de las distancias de las galaxias permitió demostrar que las
galaxias se alejan entre sí, estableciéndose como una ley, conocida como ley de Hubble y que nos muestra
con datos que el universo se está expandiendo. Gracias a este descubrimiento de
Hubble surge la teoría del Big Bang sobre el origen del Universo que indica que
las galaxias se están alejando entre sí, lo que hace pensar que en el pasado se
encontraban juntas y concentradas en una región muy pequeña y muy caliente, en
ese momento no eran galaxias sino una mezcla de materia y energía. Es evidente
que por la explosión que se llevo a cabo de esta materia se origino cierta radiación
que hoy en nuestros días anda rondando por el cosmos de una manera muy diluida,
esta radiación se descubrió por casualidad en 1965 por dos físicos ArnoPenzias
y Robert Wilson a la que le llamarón radiación de fondo y sirvió para que la
teoría del Big Bang fuera reconocida por toda la comunidad científica.
Con el paso del tiempo el modelo del Big
Bang se ha ido ajustando y uno de los últimos ajustes ha sido la hipótesis
inflacionaria la cual se ha ajustado de manera convincente a dicha teoría y ha
convencido a varios físicos. Pero cuando Albert Einstein da a conocer su teoría
general de la relatividad en 1916 se plantearon dos posibilidades que el
espacio tenga curvatura positiva o curvatura negativa, lo cual dependerá de
cuanta materia y energía contenga el Universo en total. 1) que el Universo
siguiera expandiéndose (curvatura positiva y geometría plana) o 2) que algún
día la expansión se detuviera y se invirtiera (curvatura negativa).
Por lo que en los años 90 los cosmólogos
llegaron a la conclusión de que el Universo no estaba completo, le hacía falta
una parte y no una pequeña parte sino un 75% y la pregunta es ¿qué es toda esa
parte que se supone que falta?, ¿de qué está compuesta? y ¿qué implicaciones
puede tener en el Universo?.
DESARROLLO.
La distancia a las estrellas
Volteamos
la mirada hacia el cielo y lo que observamos en cualquier día despejado son
cientos de estrellas, algunas más brillosas que otras y nos salta a la mente la
pregunta de qué tan lejos pueden estar de nosotros y es obvio que podemos
deducir que las estrellas con mayor intensidad de luz estén más cercas que las
de menor intensidad, en primera instancia pensamos que así debería ser. Pero si
nos paramos en una carretera durante la noche podemos ver automóviles que se
vienen acercando a la misma distancia con la luz de sus faros con brillos
diferentes, por lo que intuimos que el faro de uno de los autos es de más
watts, en este caso el que brilla más y entonces como saber que estrella está
más cerca o más lejos de nosotros.
Por lo que para responder a que distancia
se encuentra una estrella es necesario recurrir a las propiedades de la luz ya
que de estas podemos obtener suficiente información. En otras palabras de
acuerdo a la física para saber a qué distancia se encuentra un objeto es
necesario saber su luminosidad y por lo tanto se sabrá con exactitud cuánto se
atenúa la luz con la distancia ósea que si un mismo objeto lo colocamos al
doble de distancia se verá cuatro veces más tenue, si ese mismo objeto lo
colocamos al triple su luz se verá nueve veces más tenue y así sucesivamente. De
esta forma para saber a qué distancia se encuentra una galaxia solo basta con
encontrar en ella una estrella en la cual su luminosidad propia de dicha estrella
y que no dependa de alguna fuente externa para tomarla como patrón de
referencia.
En 1929 Edwin Hubble (famoso astrónomo
estadounidense) calculó la distancia de 90 galaxias utilizando el patrón de
luminosidad, con los datos que obtuvo hizo comparaciones de las velocidades de
dichas galaxias que otros astrónomos habían realizado y encontró que la luz de
una galaxia también nos puede indicar a qué velocidad se acerca o se aleja de
nosotros.
Para investigar estrellas y galaxias del
universo primitivo, los astrónomos necesitan estudiar la luz visible y
ultravioleta emitida por estas, cuando esta luz llega a nuestro sistema solar
durante su larguísimo viaje a través del espacio y el tiempo, esta luz ha
sufrido un alargamiento o desplazamiento al rojo hacia longitudes de onda de
infrarrojo. Cuando escuchamos una sirena
acercarse el sonido se vuelve más agudo y cuando se aleja el sonido se hace más
grave, lo que se conoce como el efecto doppler, por lo que el desplazamiento al
rojo es la versión astronómica del efecto doppler, por lo que cuando una
galaxia se aleja su luz se verá roja y cuando se acerca se verá azul en el espectro
de la luz que es como si fuera un código de barras. Al grado de enrojecimiento
de la luz de una galaxia debido a la velocidad con que se aleja se llama
corrimiento al rojo (ver fig. 1).
ßSe
acerca (azul)
Se aleja (rojo)à
Fig.
1
Fue a principios del siglo XX cuando los
astrónomos esperaban encontrar la misma proporción de nebulosas espirales con
corrimiento al rojo (que se alejan) que con corrimiento al azul (que se
acercan) pero en vez de esto descubrieron en sus investigaciones que todas las
galaxias excepto las que están más cerca presentan corrimiento al rojo ósea que
todas las galaxias se están alejando entre sí.
Al comparar Hubble en 1929 sus datos que
había obtenido de los cálculos de las distancias de las galaxias con respecto
al corrimiento al rojo encontró que estos se acomodaban perfectamente a una
línea recta, con lo que dedujo que había una proporcionalidad directa entre la distancia
y la velocidad, o sea a mayor distancia mayor es la velocidad y que es conocida
como la Ley de Hubble de donde podemos interpretar que el Universo se está
expandiendo.
Con
el descubrimiento de Hubble se formuló la teoría del Big Bangque es un modelo
científico que trata de explicar el origen del universo. La materia hasta ese
momento, es un punto de densidad infinita, que en un momento dado explota
generando la expansión de la materia en todas las direcciones y creando lo que
conocemos como nuestro universo.
Los diversos elementos que hoy se observan
se produjeron durante los primeros minutos después de La gran Explosión o Big
Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del universo
fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos y la huella de esas
densidades y temperaturas aún deberían estar rondando por el cosmos ya muy
diluida y en forma de una radiación muy tenue distribuida por todo el espacio.
Los
físicos Arno Penziasy Robert Wilson fueron quienes encontraron estos rastros de
radiación al estar probando una antena satelital en el año 1965, al detectar un
ruidito que no se podían explicar y que finalmente resultó ser el rastro del
origen del Universo y que se le llama radiación de fondo.
Hipótesis Inflacionaria.
Con
el paso del tiempo se ha ido ajustando el modelo del Big Bang de tal forma que
en los años 80 el físico Alan Guth agrego al modelo el concepto de inflación
esto para poder explicar los resultados de ciertas observaciones. La hipótesis
de la inflación menciona que en la primera fracción de segundo una fuerza de
repulsión muy fuerte hizo que el embrión del Universo pasara de un tamaño de un
átomo al tamaño de una toronja en un tiempo muy brevísimo, con lo que este
modelo inflacionario se apegaba a la teoría original del Big Bang.
De este modelo inflacionario se desprenden
tres posibilidades que dependerán de que tan fuerte jale la fuerza de gravedad
total del Universo:
1
|
Ni mucha
ni poca materia
y
energía
|
Espacio
plano.
|
2
|
Poca
materia y energía
|
Espacio
con curvatura negativa.
|
3
|
Mucha
materia y energía
|
Espacio
con curvatura positiva.
|
Hasta antes de 1916 se pensaba que la
posibilidad 1 era la indicada, un espacio plano en donde solo se cumplen los
postulados de la geometría euclidiana o geometría plana, fecha en que el famoso
científico Albert Einstein público su famosa teoría general de la relatividad que es la utilizada
por los cosmólogos para describir la forma global del Universo y de donde se
desprenden la posibilidad 2 y 3, por lo que si hablamos de un espacio con
curvatura negativa esto indica que hay poca materia y energía, en cambio si
mencionamos un espacio con curvatura positiva entonces se hablaríamos que hay
mucha materia y energía en el Universo.
Representación esquemática del universo
según su curvatura:
Este
asunto es de suma importancia porque dependiendo de cuanta materia y energía,
si fuera el caso 1 y 2 implica que el universo se expandiera sin detenerse o el
caso 1 significara que la expansión algún día se detendrá y se invertirá. Pero
basta con observar hacia el cosmos y nos podemos dar cuenta que es tan inmenso
e infinito que parece ser que hay muy poca materia y energía en el. Pero
independientemente de las tres posibilidades que se han mencionado, lo que es
un hecho, la fuerza de gravedad, esta fuerza que no jala hacia el interior,
frenaba la expansión.
¿Y dónde quedo el Universo?
A mediados de los 90 la situación era la
siguiente:
-De
acuerdo al modelo inflacionario, el Universo debía contener suficiente materia
y energía para que la expansión se fuera deteniendo y nunca detenerse. (Geometría
plana).
-Que
teniendo estudios de radiación de fondo y se corroborara mediante observación
que el Universo es de geometría plana y ahí quedaba todo.
-La
cantidad de materia y energía del Universo mostraba que esta no era la
suficiente para producir una geometría plana, ósea un Universo que siga en
expansión como lo sugiere el modelo inflacionario y los estudios de radiación
de fondo.
De aquí que los cosmólogos concluyeran que
al Universo le hace falta una parte y no una pequeña parte sino un 75% de la
materia y energía que se necesita en el Universo para explicar que este cumple
con una geometría plana, la pregunta es ¿dónde estaba esa parte que hace
falta?.
Grandes explosiones.
Escudriñando
una parte del cielo en octubre de 1995 con el telescopio Keck II que se
encuentra situado en la cima del volcán Kilauea en Hawai, los científicos
habían tomado fotos de una misma región de la constelación de Pegaso como
referencia, al compararlas vieron que en una galaxia había aparecido un punto
brillante, este punto representaba una supernova osea una estrella que exploto
que era justo lo que estaban buscando, la llamaron Albinoni. Nueve días después
el grupo utilizo esta vez el telescopio Hubble, además del Keck II para medir
la luminosidad aparente de la supernova Albinoni, así como el corrimiento al
rojo de la galaxia en la que se localizaba y de donde se concluyo que esta
estrella había hecho explosión hace miles de millones de años.
Hoy en día las supernovas Ia son muy intensas y hacen
que se puedan ver desde muy lejos y alcanzan todas casi el mismo brillo
intrínseco, resultando ser muy buenos patrones de referencia y son usadas para
determinar distancias a galaxias muy lejanas y así poder estudiar el pasado de
la expansión del Universo.
El Universo en una expansión
acelerada.
Con el estudio del corrimiento al rojo de
las galaxias lejanas se obtiene información del ritmo de expansión del Universo
en épocas remotas.
En
1998 el equipo de Schmidt y Perlmutter habían ya estudiado unas 40 supernovas
que explotaron entre 4,000 y 7,000 millones de años atrás y con estos datos se tenía
información suficiente para suponer que algo andaba mal con la cosmología del
Big Bang. Las supernovas no se tenían que ver tan tenues a como deberían con
respecto al corrimiento al rojo si la expansión del Universo se va frenando. Se
volvieron a verificar los resultados incluso por otros científicos y se llego a
la conclusión de que en vez de que el Universo se estuviera frenando como todos
suponían, este se está acelerando.
El lado oscuro y lo que nos
podría esperar.
De
estas observaciones se desprende también que la edad del Universo la cual se
calculo tomando en cuenta que la gravedad frenaba la expansión y ahora teniendo
en cuenta
que se acelera, el calculó cambia y el Universo resulta más antiguo, imagínense
que de pronto les digan que en vez de tener 20 años les digan que ahora tienen
80.
Pero lo más tremendo de que el Universo se
esté acelerando tiene que ver con la gravedad. Sabemos que la gravedad es una
fuerza de atracción que cualquier cuerpo ejerce sobre otro y que entre más
grande el cuerpo o masa mas fuerte será esa atracción hacia su centro, como lo
es la fuerza de gravedad de la Tierra que nos atrae hacia ella. Por
consiguiente la fuerza de atracción del sol, planetas, estrellas, deberían
estar frenando la expansión, pero no es así, de acuerdo con los estudios
obtenidos, por tanto cabe la pregunta de ¿Quién está acelerando en Universo?,
Por lo que ahora surge buscar quien es el causante de esta aceleración y por
otro lado se sabe que el efecto de la aceleración cósmica requiere de energía
en cantidades cósmicas, de modo que hay más energía en el cosmos de la que
conocemos hasta hoy. Y aunque no sepamos qué es, esta nueva energía oscura como
se le ha llamado por los cosmólogos y añadida a los recuentos anteriores de
materia y energía completa la cantidad necesaria para que el Universo sea de
geometría plana, como exige el modelo inflacionario.
A la pregunta de qué es la energía oscura
o que podría ser podemos suponer 1) Que la constante cosmológica de la que
Albert Einstein en un momento agrego a sus ecuaciones de la teoría de la
relatividad y que quito cuando Hubble descubrió la expansión del Universo, y
que posteriormente reapareció en el modelo inflacionario implica que podría ser
el origen de repulsión que está ganando la partida a la atracción gravitacional
y esta constante cosmológica podría ser esa energía oscura lo que sería la
explicación de dicha energía. 2) Que la energía oscura provenga de un nuevo
tipo de campo, parecido a los campos
eléctricos y magnéticos al que algunos cosmólogos llaman quintaesencia, que es
la que produce la repulsión gravitacional, por lo que la constante cosmológica
no cambia con la expansión del Universo, no interactúa con la materia y no
cambia de valor en las distintas regiones y en cambio la quintaesencia sí
podría interactuar con la materia y cambiar de valor, otra diferencia
detectable pero que aun no se ha detectado es que la quintaescencia acelera la
expansión del Universo menos que la constante cosmológica, esto está por conocerse
con los nuevos telescopios que se están construyendo.
Y como acabara todo.
El ser humano no se ha detenido en pensar cómo
será e el final del Universo, el espíritu investigador nos lleva a predecir el
final, sabemos que algún día el Universo llegara a su fin, pero claro aún
faltan muchísimos años y para ese tiempo nuestro sol ya habrá llegado a su fin.
Antes de 1998 se suponía que la fuerza de
gravedad total sería demasiado fuerte para frenar la expansión e invertirla lo
que significaría terminar aplastando el Universo o que seguiría el Universo expandiéndose
para siempre y simplemente diluyendo el cosmos.
Pero las cosas no serán de esta manera
dado que se descubrió que el Universo se expande de manera acelerada y también la
misteriosa energía oscura que hasta ahora no se ha podido definir si es
constante o quintaesencia, del tal manera que de seguir esta expansión acelerada
llegara un momento en que ya no alcancemos a ver desde nuestro planeta otros galaxias por la
distancia tan grande, solo nos quedara a la vista las estrellas de nuestra
propia galaxia de la cual somos parte y por la fuerza de gravedad seguirán unidas,
el único detalle es que a nuestro rey Sol se le terminara el combustible en
5,000 millones de años.
Los cosmólogos propusieron modificar la teoría de la energía oscura que consiste
en tomar en cuenta ciertos valores de un parámetro que antes se había despreciado
y así distinguirla de la quintaesencia y los científicos la nombraron “energía
fantasma”, de tal forma que si la energía oscura ser de tipo energía fantasma
el final del Universo sería distinto al que se había planteado
De
acuerdo con el físico Robert Caldwell y su equipo, dentro de unos 22,000
millones de años la aceleración de la expansión del Universo empezará a notarse
a escala cada vez más pequeñas para producir un final que se llama Big Rip (el
Gran Desgarrón), pero mil millones de años antes del famoso Big Rip la energía
fantasma superara a la atracción gravitacional que es la que hace que las estrellas
se encuentren unidas y se desmembrarán los cúmulos de galaxias. 60,000 millones
de años antes del fin se desgarran las galaxias. 3 meses antes del Big Rip le
tocara desprenderse a los planetas de sus estrellas. 30 minutos antes del
momento fatal los planetas se desintegran. En la última fracción de segundo del
Universo los átomos se desgarran y por último no queda nada. Pero para entonces
como alivio nuestro planeta ya habrá dejado de existir.
REFLEXION.
El
ser humano siempre ha buscado respuestas a todo lo que nos rodea, tal es la búsqueda
a respuestas de nuestro Universo, desde ¿cómo se formó?, ¿qué edad tiene?, ¿a qué distancia están las
estrellas?, ¿cuál será el final del Universo?, preguntas que con el paso del
tiempo se han ido respondiendo y esto debido a científicos que han aportado
información de sus arduos trabajos que ha permitido establecer teorías que
permiten responder a estas preguntas y formular nuevas como es el caso de la
energía oscura, que a ciencia cierta es una energía de la cual se sabe que
existe pero que se desconoce, no se sabe cómo es ni que forma tiene, pero de
las observaciones que se han realizado e información obtenida se sabe que
existe, es como ver una burbuja de jabón moviéndose por el espacio, sabemos que algo la hace que se
mueva pero no lo podemos ver.
Así, esta energía oscura que se desconoce
y se supone que es un tipo de energía que no se sabe de donde proviene o que la
produce. Creo que al igual que como en otros casos como la fuerza de gravedad
que en el pasado se desconocía y no se sabía que la producía, llego un momento
en que a base de experimentos se pudo determinar que esta depende de la masa de los cuerpos y
de sus distancias entre ellos, de igual forma tal vez hasta hoy no se cuenta
con la tecnología suficiente que permita detectar esta energía y una vez
conocida se desarrollara una nueva teoría que sea comprobada.
Este tema que elegí para realizar este texto académico me parece interesante ya que desde chico al ver el programa de tv "Cosmos" que era conducido por el astrónomo Carl Sagan y en donde se explica y muestran como es la relación de los planetas me despertó un gran interés en estos temas,
Para realizar este texto académico partí de artículo de Sergio de Régules (físico y divulgador de la ciencia) escrito en la revista ¿Cómo ves? así como de libros que ya había leído con anterioridad y artículos publicados en revistas de ciencia y tecnología así como vídeos en YouTube que indico en las referencias. Coincido en que para escribir un texto es necesario investigar y leer mucho para poder lograr un buen articulo.
Este tema que elegí para realizar este texto académico me parece interesante ya que desde chico al ver el programa de tv "Cosmos" que era conducido por el astrónomo Carl Sagan y en donde se explica y muestran como es la relación de los planetas me despertó un gran interés en estos temas,
Para realizar este texto académico partí de artículo de Sergio de Régules (físico y divulgador de la ciencia) escrito en la revista ¿Cómo ves? así como de libros que ya había leído con anterioridad y artículos publicados en revistas de ciencia y tecnología así como vídeos en YouTube que indico en las referencias. Coincido en que para escribir un texto es necesario investigar y leer mucho para poder lograr un buen articulo.
Referencias
1 1)
De Régules, S. (2003). El
lado oscuro del universo. ¿Cómo ves?, N°. 58, (Pp. 10-15). México: UNAM.
Recuperado el 13/04/15, de:
http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/58/el-lado-oscuro-del-universo.
2 2) YouTube
“El espectro electromagnético 05 Luz visible NASA (español) “https://www.youtube.com/watch?v=YCWvxv__nmQ.
3 3)
YoutubeScience@ESA, Episodio 4: Siguiendo el
Desplazamiento hacia el Rojo: de HST a JWST
https://www.youtube.com/watch?v=s3iGOTofxT8.
