Eje 4 Act. 1 El lado oscuro del Universo

EL LADO OSCURO DEL UNIVERSO

Introducción

     El tema del Universo, sus inicios, su vida e incluso su final, siempre han sido de mucha polémica. Han desatado gran controversia entre científicos generando varias teorías pasando desde la creacionista hasta la evolutiva y de regreso. Trataré de hacer un recuento un poco rápido de una de las líneas más importantes, preferidas y de interés de estudio por parte de los científicos (e incluso aficionados). 

     En éste texto se incluyen aportaciones que datan desde antes de los años 20’s -y sus aplicaciones o contradicciones en cuanto a otras teorías- hasta nuestros días. Los términos del lenguaje o conceptos del tema son de por sí difíciles de entender, no obstante, he tratado de manejar dichos términos y/o conceptos de una manera que sea fácil de digerir para el lector sin importar su grado o nivel de estudios. 

Espero que disfruten esta lectura.

Luces que nos muestran su pasado

     En 1929 el astrónomo estadounidense Edwin Hubble calculó las distancias de alrededor de 90 galaxias, luego comparó sus datos con los estudios de velocidad de las galaxias que habían hecho otros astrónomos y resultó que la luz de una galaxia también puede decirnos a qué velocidad se acerca o se aleja de nosotros. 

     La luz de una galaxia se ve más roja cuando ésta se aleja y más azul cuando se acerca. El grado de enrojecimiento se llama corrimiento al rojo, y se puede medir con precisión. 

     Para principios del siglo XX los astrónomos esperaban encontrar la misma proporción de galaxias con corrimiento al rojo que con corrimiento al azul, es decir, que hubiera tantas galaxias acercándose como alejándose, sin embargo en lugar de eso, descubrieron que todas (menos las más cercanas) presentan corrimiento al rojo, o sea, todas las galaxias se están alejando entre sí.

     En ese mismo año de 1929, Hubble descubrió que cuanto más lejos está una galaxia, más rápido se aleja y que la relación distancia/velocidad es proporcionalmente directa, es decir, si una galaxia está al doble de la distancia, entonces se aleja al doble de la velocidad, si una al triple, entonces al triple…etc. Ésta es la llamada Ley de Hubble y su interpretación es que el Universo se está expandiendo.

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     Éste descubrimiento condujo al poco tiempo a la Teoría del Big Bang del origen del Universo. Si las galaxias se están separando, en el pasado estaban más juntas. En un pasado suficientemente remoto estaban concentradas en una región muy pequeña y muy caliente. Hoy en día la huella de esas densidades y temperaturas aún debería estar rondando por el cosmos, pero ya muy diluida, en forma de una radiación muy tenue distribuida por todo el espacio.  

     El modelo del Big Bang se ha ido ajustando con el tiempo, por ejemplo, en 1981 el físico Alan Guth añadió el concepto de Inflación. Según MIT Department of Physics, (Weisskopf y MacVicar, 2015) él propuso que muchos rasgos de nuestro Universo, incluyendo el cómo es que vino a ser tan uniforme y por qué comenzó cerca de la crítica densidad, todo esto pudiera ser explicado por este nuevo modelo cosmológico.

¿Para qué sirve?

     Una de las predicciones más importantes del modelo inflacionario atañe a la geometría del espacio. Todo depende de qué tan fuerte jale la Fuerza de Gravedad total del Universo, dicho en otras palabras, todo depende de cuánta materia y energía contenga éste en total.

Caben tres posibilidades:

1.- El espacio es plano (ni mucha ni poca materia) satisface los postulados de la geometría euclidiana, llamada también geometría plana, en donde los ángulos de un triángulo trazado entre cualesquiera tres puntos  sumarán 180 grados.

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2.- El espacio tiene curvatura positiva (mucha materia), los ángulos de un triángulo suman más de 180 grados, 

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3.- El espacio tiene curvatura negativa (poca materia y energía), como una silla de montar, los ángulos de un triángulo sumarían menos de 180 grados. 

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     El asunto es importante ya que de la cantidad de materia y energía, dependía que el Universo siguiera expandiéndose para siempre (casos 1 y 2), o bien, que un día la expansión se detuviera y se invirtiera (caso 3), como una piedra que se lanza hacia arriba y que empieza a bajar al llegar a cierta altura.

     Si bien las observaciones indicaban que había tan poca materia que el Universo debía tener curvatura negativa, la Teoría Inflacionaria exigía que el cosmos fuera de geometría plana pero en cualquiera de los tres casos, la Fuerza de Gravedad —una fuerza de atracción que tira hacia dentro— digamos, frenaba la expansión del Universo.

     En octubre de 1998, se tomaron unas fotos de una porción de cielo en la constelación de Pegaso; Días antes, un grupo de científicos ya habían tomado fotos de esa misma región y éstas se utilizaron como referencia. 

Al compararlas, vieron que en una galaxia había aparecido un punto brillante. Era una supernova, -justo lo que andaban buscando- una estrella que hizo explosión (la llamaron Albinoni)

     Nueve días después, el grupo usó el Telescopio Espacial Hubble, además del Keck II, para medir la luminosidad aparente de Albinoni, así como el corrimiento al rojo de la galaxia en la que se localiza.

Resultado:  Al cabo de varios días confirmaron que se trataba de una supernova de tipo Ia con un corrimiento al rojo de 1.2, lo que indicaba que hizo explosión hace miles de millones de años -Una supernova de tipo Ia es una subcategoría de estrellas variables que se producen después de la violenta explosión de una enana blanca. Esta categoría de supernovas (SN) produce picos coherentes de luminosidad a causa de la masa uniforme de las enanas blancas que explotan. La estabilidad de su valor permite que estas explosiones se usen como medidas para medir la distancia a sus galaxias anfitrionas ya que la magnitud aparente de las supernovas depende principalmente de la distancia-; De ésta manera, los científicos  estudian el pasado de la expansión del Universo.

Conociendo el pasado

     El corrimiento al rojo de las galaxias lejanas se debe a que la expansión del Universo “estira” (es un decir) su luz. Comparándolo con la distancia a la que se encuentra la galaxia se obtiene información acerca del ritmo de expansión del Universo en épocas remotas.

     En ese mismo año, los equipos de el astrónomo Brian Schmidt  que lidereaba el Equipo de Búsqueda de Supernovas de Alto Corrimiento al Rojo (High-z Supernova Search Team) y del Proyecto de Cosmología con Supernovas (Supernova Cosmology Project) dirigido por Saul Perlmutter, habían estudiado unas 40 supernovas que explotaron entre 4,000 y 7,000 millones de años atrás (recordemos que Albinoni hizo explosión hace miles de millones de años). Estos datos les bastaron para convencerse de que algo andaba mal con la cosmología del Big Bang. Las supernovas se veían 25% más tenues de lo que correspondía a su corrimiento al rojo si en verdad la expansión del Universo se va frenando. 

    
     Luego de descartar posibles fuentes de error (como intromisiones de polvo intergaláctico) y de verificar que ambos equipos -el telescopio Keck II, y el Telescopio Espacial Hubble- obtenían los mismos resultados, y que buscaron por varios meses cualquier explicación, sus investigadores llegaron a la conclusión de que la expansión del Universo, lejos de frenarse, se está acelerando, lo contrario a lo que casi todo el mundo suponía debido a la Teoría del Big Bang.

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Pero… ¿cuál es el problema?

     Pues resulta que la edad del Universo era calculada suponiendo que la Gravedad frenaba la expansión, pero si en lugar de frenarse, se acelera, el cálculo cambia y el Universo ¡resulta mas antiguo!, más aún, ya que la Gravedad es una fuerza de atracción que en efecto frena la expansión ¿que es lo que está sucediendo que la está acelerando? 

     Ahora bien, aunque tenemos este problema (de aceleración en el Universo), también nos resuelve otro:

     Si bien, el efecto de aceleración cósmica requiere energía en cantidades cósmicas de modo que hay más energía en el Universo de la que habíamos visto hasta hoy, entonces podemos reconciliar por fin el modelo inflacionario con las observaciones. 

     Aunque no sepamos qué es, ésta nueva Energía Oscura, añadida a los recuentos anteriores de materia y energía, completa la cantidad necesaria para que el Universo sea de geometría plana, tal como lo exige el modelo inflacionario. Energía oscura: Así la han llamado los cosmólogos, pero no porque sea maligna, sino porque no se ve, pero ¿qué es?

Datos curiosos:

• Antes de 1929 todo el mundo creía que el Universo era estático y cuando la Teoría general de la relatividad mostró que no podía ser así, Einstein añadió a sus ecuaciones un término que representaba una especie de fuerza de repulsión gravitacional y que tenía el efecto de mantener quieto al Universo. Le llamó Constante Cosmológica.
•    Cuando Hubble descubrió la expansión del Universo, Einstein retiró la Constante Cosmológica con cierto alivio.
•    La extraña creación reapareció, por ejemplo, en el modelo inflacionario del Big Bang, y 
•      Ahora podría ser el origen de la fuerza de repulsión que le está ganando la partida a la atracción gravitacional.

Dos posibilidades:

     La constante cosmológica es una propiedad intrínseca (esencial, según el diccionario de la Real Academia Española) del espacio, es decir, el espacio simplemente es así y se acabó. 
Imagínate que quieres conocer el silencio absoluto. Apagas todas las fuentes de ruido que hay en tu cuarto, cierras rendijas, te tapas los oídos y metes la cabeza debajo de la almohada. Con todo, tus oídos siguen percibiendo una señal. Una cosa similar pasaría con el espacio si existe la constante cosmológica. Si quisieras sacar toda la energía de una región, tendrías que extraer toda la materia, aislarla de fuentes de energía externas, eliminar todos los campos (eléctricos, magnéticos, gravitacionales). Pese a todos tus esfuerzos, quedaría en esa región una energía irreducible, inseparable del espacio.
Esa energía es la constante cosmológica y podría ser la explicación de la energía oscura.

     La otra posibilidad (que en realidad es toda una clase de posibilidades) es que la energía oscura provenga de un nuevo tipo de campo, parecido a los campos eléctricos y magnéticos, al que algunos cosmólogos llaman Quintaesencia. 

Teoría de la Relatividad vs Quintaesencia

El fin del Universo

Para 1998 se consideraban 2 escenarios como posibles finales para el Universo:

     Escenario #1: La Fuerza de Gravedad total sería lo bastante intensa como para frenar la expansión e invertirla y de ésta manera el Universo terminaba con un colosal apachurrón exactamente simétrico al Big Bang

     Escenario #2: El Universo seguiría creciendo para siempre, diluyendo el cosmos y haciéndolo cada vez más aburrido.

     No obstante, con el descubrimiento de la expansión acelerada y la energía oscura las cosas han cambiado. Si bien aún no se puede decidir si la energía oscura es Constante Cosmológica o Quintaesencia, con todo, la posibilidad del Gran Apachurrón queda excluida. El Universo seguirá expandiéndose para siempre hasta que desde la Tierra no veamos ya otras galaxias por haber aumentado tanto las distancias que su luz ya no nos alcance.

En pocas palabras

     En lo que a nosotros nos atañe, no tenemos nada de qué preocuparnos, la tierra seguirá igual su curso, los planetas unidos a sus estrellas, las estrellas que componen nuestra galaxia seguirán unidas por la Fuerza Gravitacional… a pesar de que nuestro Sol se le acabe el combustible en unos 5,000 millones de años, pero nada de cuidado.

¡Un momento!… otro escenario

     El año pasado algunos cosmólogos propusieron una variante de la Teoría de la Energía Oscura que consiste en tomar en cuenta ciertos valores que habían sido menospreciados o indiferentes, de un parámetro que la describe. Para distinguirla de la Quintaesencia los científicos llamaron “Energía Fantasma” a la Energía Oscura de este tipo. 

Si la energía oscura resulta ser de tipo energía fantasma, el final del Universo será muy distinto a lo que nos habíamos imaginado, según el físico Robert Caldwell:

• En unos 22 mil millones de años la aceleración de la expansión del Universo empezará a notarse a escalas cada vez más pequeñas para producir un final que se llama Big Rip (el “Gran Desgarrón”)
• 1,000 millones de años antes del Big Rip, la energía fantasma superará a la atracción gravitacional que une a unas galaxias con otras y se desmembrarán los cúmulos de galaxias.
• 60 millones de años antes del fin, se desgarran las galaxias. 
• 3 meses antes del Big Rip, el efecto alcanza la escala de los sistemas planetarios: 
• Los planetas se desprenden de sus estrellas. 

• 30 minutos antes del postrer momento, los planetas se desintegran. 
• En la última fracción de segundo del Universo los átomos se desgarran. 
• Luego nada.

     Pero una vez más, no hay nada de qué preocuparse porque para entonces la Tierra habría ya dejado de existir.

Conclusión

     Si bien es cierto que muchas son las teorías acerca del inicio y fin del Universo, no todas son comprobables, se quedan en simple teoría, hay otras opiniones de carácter religioso que simplemente confían sin cuestionamientos que conducen a la desconfianza (aunque sí los hay).

En el libro Refutando la Evolución, el Dr. Jonathan Sarfati (1999) cita lo siguiente:

“ Problemas científicos     […]pasa, de manera simplista, del Big Bang a la formación de galaxias y estrellas, pero las cosas no son tan simples. El Dr. James Trefil, profesor de física en la Universidad George Mason, Virginia, aunque acepta el modelo de Big Bang, admite que hay problemas fundamentales:

“No debería haber ninguna galaxia en absoluto, y si hubiera galaxias, no deberían agruparse de la forma en que están agrupadas”.

Luego añade:

     “Explicar la existencia de las galaxias se ha convertido en uno de los problemas más espinosos de la cosmología. Todo indica que no deberían estar allí, pero ahí están. Es difícil expresar la gran frustración que provoca este simple hecho, entre los científicos^2”.

     El cosmólogo creacionista, Dr. John Rankin, también demostró matemáticamente en su tesis doctoral que las galaxias no pudieron formarse a partir del Big Bang³.
     La formación de estrellas después de la supuesta gran explosión representa también un gran problema. 

El astrónomo creacionista, Dr. Danny Faulkner, señala:

     “Las estrellas supuestamente se condensaron a partir de inmensas nubes de gas, y se sabe desde hace mucho tiempo que las nubes no se colapsan espontáneamente formando estrellas, porque necesitan ser empujadas de alguna manera para iniciar el proceso. Se han avanzado varias sugerencias como posibles causas iniciadoras del proceso, pero casi todas requieren la presencia previa de estrellas (por ejemplo, una onda de choque causada por la explosión de una estrella que provocara la compresión de una nube de gas cercana). Este es el viejo problema del huevo y la gallina, porque no se puede explicar el origen de las estrellas necesarias para empezar el proceso⁴.”

     Otro problema es cómo enfriar una nube de gas lo suficiente como para que se derrumbe. Esto requeriría que las moléculas liberaran calor mediante irradiación. Pero tal y como el libro Enseñando la Evolución señala en la cita anterior, el Big Bang produciría principalmente Hidrógeno y Helio, no aptos para hacer moléculas que no sean H₂, estas moléculas se destruirían rápidamente en presencia de la luz ultravioleta, y además por regla general se requiere que existan granos de polvo para su formación y los granos de polvo requieren elementos más pesados. Los elementos más pesados, de acuerdo con la teoría, requieren la existencia previa de estrellas. Una vez más, el problema del huevo y la gallina; se necesitan estrellas para producir estrellas. 

Abraham Loeb del Centro Harvard para la Astrofísica dice:

“La verdad es que no entendemos la formación de estrellas en un nivel fundamental⁵.” "

¿Será verdad? ¿será mentira?… Usted decida.

Reflexión

     Entre varios temas indicados por la UnADM para trabajar un texto académico me incliné por “El lado oscuro del Universo” debido a la complejidad del tema. Si bien es cierto, no es un tema muy fácil de digerir a la primera, tampoco involucra la conciencia humana por lo tanto me resultó más sano tratarlo, en éste se respetan y estudian la naturaleza y la existencia de lo es y lo que nos rodea, independientemente de los medios, fundamentos y conclusiones que obtienen. No niego el hecho de tuve que partir buscando significados, conceptos y realizar varias lecturas del mismo tema, que aún ahora sigo sin captar todo como si fuese un lenguaje en el que utilizo a diario, sin embargo, a lo largo de este proyecto me he familiarizado lo suficiente como para lograr una lectura comprensible de éste tipo de artículos y espero haber cumplido con las expectativas del docente al verificar este texto y del lector al entender lo aquí contenido.

Gracias. 

Referencias

* Las imágenes no son propias de ésta publicación ni del artículo de origen

Texto en su mayoría obtenido de la revista ¿cómo vez?. Sergio de Régules. (2003). El lado oscuro del Universo. Consultado en Noviembre 12,2015, de Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) Sitio web: http://www.comoves.unam.mx/numeros/articulo/58/el-lado-oscuro-del-universo

Victor F. Weisskopf y MacVicar. (2015). Research Interests. Consultado en Noviembre 18,2015, de MIT Department of Physics Sitio web: http://web.mit.edu/physics/people/faculty/guth_alan.html.

Edwin Hubble. (January 17, 1929). A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae. vol. 15 no. 3, P168-173. Consultado en Noviembre 19,2015, de Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) Sitio web: http://www.pnas.org/content/15/3/168.full?tab=author-info

Nasa's Heasarc: Education & Public Information. (11-May-2011). Introduction to Supernova Remnants, Low Mass Star, Párrafo 7. Consultado en Noviembre 19,2015, de National Aeronautics and Space Administration Sitio web: http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/objects/snrs/snrstext.html

Jonathan Sarfati. (1999). Refutando la Evolución, en versión de Manual de estudio, Capítulo 7: Astronomía, Problemas científicos. Consultado en Noviembre 19,2015, de Creation Ministries International Sitio web: http://creation.mobi/refuting-evolution-chapter-7-spanish

Referencias por parte del Dr. Jonathan Sarfati

J. Trefil, El Lado Oscuro del Universo (Nueva York: Macmillan Publishing Company, 1988), p. 3 y 55

J. Rankin, Formación protogaláctica de inhomogeneidades en modelos cosmológicos, Tesis Doctoral, Universidad de Adelaida, Mayo / Junio de 1977.

‘Él hizo también las estrellas …’ entrevista con el astrónomo crecionista Danny Faulkner, Creación 19(4):42–44,, Septiembre-Noviembre de 1997.

Citado por Marcus Chown, Que se haga la luz, New Scientist 157 (2120) :26-30, (7 de Febrero de 1998). Véase también Las Estrellas no pudieron haberse originado en el Big Bang, columna lateral, Creación 20(3):42–43, Junio-Agosto de 1998