Un estudio encuentra que la "materia oscura" y la "energía oscura" pueden no existir, esto es lo que hay que hacer.
Imagen que muestra donde los científicos creen que la materia oscura reside en el cúmulo de galaxias Abell 520 - cerca del gas caliente en el medio, de color verde. Crédito de la imagen: Chandra X-ray Observatory Center, CC BY-SA
Por Kevin Pimbblet, profesor titular de Física, Universidad de Hull para The Conversation•Noviembre 30 de 2017
,
La materia oscura y la energía oscura son sustancias misteriosas y desconocidas que se cree que constituyen más del 96% del universo. Si bien es posible que nunca los hayamos visto directamente, explican maravillosamente cómo se mueven las estrellas y las galaxias y cómo se expande el universo. Pero un nuevo estudio, publicado en The Astrophysical Journal, sugiere que pueden no existir después de todo.
He enseñado clases de astronomía y astrofísica en varias universidades de todo el mundo, y pocos temas despiertan tanto entusiasmo como la materia oscura y la energía oscura.
Una conferencia introductoria sobre el tema generalmente comenzará al observar un gráfico circular de la masa y la densidad de energía del universo. Esto demuestra que, en la actualidad, los átomos regulares como el hidrógeno y el helio constituyen solo un pequeño porcentaje del universo.
Gráfico circular de composición cosmológica (CC-BY-3.0). Crédito de la imagen: Ben Finney
Aproximadamente una cuarta parte del gráfico circular es materia oscura. En resumen, esta es una forma de materia que solo parece interactuar a través de la gravitación. Varias líneas de evidencia apoyan la existencia de esta forma de materia. Por ejemplo, podemos ver una atracción gravitacional de los cúmulos de galaxias y otras estructuras en el universo. Sabemos que la materia en tales estructuras no es suficiente para mantenerlas juntas solo por la gravedad, lo que significa que debe haber algo de materia invisible adicional para hacerlas girar a las velocidades observadas.
De manera vergonzosa, la mayor parte del gráfico circular es energía oscura. Este es un tipo de energía, o campo, que causa una fuerza antigravitatoria en el universo mismo, que lo separa. Otra forma de pensar es que la energía oscura ejerce una presión negativa. En lugar de que el universo simplemente se expanda a un ritmo constante, la expansión se está acelerando como consecuencia de la energía oscura.
Podemos decir que el universo se está expandiendo de esta manera al observar cuán rápido las galaxias se alejan unas de otras. Y personalmente he participado en pruebas de energía oscura, como la encuesta de WiggleZ. En esto, nuestro equipo midió el efecto de la energía oscura usando una nueva técnica de "regla estándar", que puede estimar las distancias en el cosmos. Esto lleva a la conclusión de que la energía oscura es real.
¿Otra forma de salir?
Supongamos por un momento que tanto la energía oscura como la materia oscura son una píldora demasiado extraña para tragar. ¿Cuáles serían las alternativas? Una salida sería suponer que nuestra comprensión del universo es la culpa. Quizás la gravedad y la relatividad general no funcionen del modo en que pensamos que lo hacen.
De la misma manera que las leyes de Newton -que durante mucho tiempo pensamos que contaban toda la historia sobre el movimiento- son una simplificación de la teoría de la relatividad más complicada, tal vez nuestra comprensión de la relatividad es una simplificación de otra cosa. Más fundamentalmente, ¿acaso hemos cometido algún error de juicio sobre los supuestos que sustentan las ecuaciones con las que tratamos? Tal vez tenemos que modificar las ecuaciones de gravitación?
El nuevo estudio de André Maeder, profesor honorario de astronomía en la Universidad de Ginebra, se centra en algo llamado "invarianza de escala". La invarianza de escala significa que las propiedades de una determinada ley de la física (o conjunto de objetos físicos) no cambian, incluso si tuviéramos que multiplicar sus longitudes o energías por algún número. Son lo mismo, independientemente de la escala. Como ejemplo de un tipo muy específico de invarianza de escala, piense en un fractal. Incluso si hacemos zoom con una ampliación determinada, la forma del fractal seguirá siendo la misma.
Podríamos tratar el espacio vacío en sí mismo como teniendo esta calidad. En otras palabras, el espacio vacío aún tiene las propiedades del espacio vacío , incluso si hacemos un acercamiento o alejamiento, y sus propiedades no cambian si se aplasta o estira. Lo que Maeder encuentra es que si tratamos el espacio vacío como invariante de escala, puede que no haya necesidad de materia oscura o energía oscura en absoluto.
Esto es diferente de lo que sugirió Einstein: que el espacio vacío opera en base a lo que se conoce como la constante cosmológica, que es una forma de energía oscura. El espacio bajo estas circunstancias no puede ser invariante de escala de la misma manera. Muchos científicos suponen implícita y explícitamente que esta es la descripción correcta. Sin embargo, esto significa que la energía oscura y la materia oscura siguen siendo necesarias y, por lo tanto, se necesita una nueva física para explicarlas.
Poniendo la teoría a prueba
Emocionantemente, la teoría de Maeder es comprobable. Por ejemplo, podemos determinar de forma observacional la velocidad de rotación de las galaxias y comparar los datos con las predicciones hechas por su modelo de espacio vacío . Incluso podemos examinar el movimiento de las galaxias dentro de los cúmulos de galaxias para comprobar si hay acuerdo con el modelo propuesto.
Los científicos solo propusieron la materia oscura para explicar cómo las galaxias y los cúmulos de galaxias se mueven debido a una atracción gravitatoria. Pero, ¿qué pasaría si el espacio mismo pudiera hacerlos moverse de esta manera? Hasta ahora, las pruebas que Maeder describe están de acuerdo con las observaciones realizadas.
Sin embargo, hay muchas más pruebas que deben ejecutarse, Maeder solo ha investigado dos cúmulos de galaxias. Y no olvidemos el enorme cuerpo de trabajo que sugiere que la materia oscura y la energía oscura existen. Sin embargo, es tentador que, si las hipótesis que Maeder ha presentado son correctas, apuntan a una gran revisión de nuestras ideas sobre la cosmología.
Si bien aún no estamos allí, en última instancia, puede ser necesario volver a consultar el gráfico circular de masa y densidad de energía de todo el universo para borrar las dos partes más grandes. Es un momento emocionante para ser un cosmólogo.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lee el artículo original.
Kevin Pimbblet recibe fondos de STFC.
With a little hekp from Google Translate for Business
Imagen que muestra donde los científicos creen que la materia oscura reside en el cúmulo de galaxias Abell 520 - cerca del gas caliente en el medio, de color verde. Crédito de la imagen: Chandra X-ray Observatory Center, CC BY-SA
Por Kevin Pimbblet, profesor titular de Física, Universidad de Hull para The Conversation•Noviembre 30 de 2017
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La materia oscura y la energía oscura son sustancias misteriosas y desconocidas que se cree que constituyen más del 96% del universo. Si bien es posible que nunca los hayamos visto directamente, explican maravillosamente cómo se mueven las estrellas y las galaxias y cómo se expande el universo. Pero un nuevo estudio, publicado en The Astrophysical Journal, sugiere que pueden no existir después de todo.
He enseñado clases de astronomía y astrofísica en varias universidades de todo el mundo, y pocos temas despiertan tanto entusiasmo como la materia oscura y la energía oscura.
Una conferencia introductoria sobre el tema generalmente comenzará al observar un gráfico circular de la masa y la densidad de energía del universo. Esto demuestra que, en la actualidad, los átomos regulares como el hidrógeno y el helio constituyen solo un pequeño porcentaje del universo.
Gráfico circular de composición cosmológica (CC-BY-3.0). Crédito de la imagen: Ben Finney
Aproximadamente una cuarta parte del gráfico circular es materia oscura. En resumen, esta es una forma de materia que solo parece interactuar a través de la gravitación. Varias líneas de evidencia apoyan la existencia de esta forma de materia. Por ejemplo, podemos ver una atracción gravitacional de los cúmulos de galaxias y otras estructuras en el universo. Sabemos que la materia en tales estructuras no es suficiente para mantenerlas juntas solo por la gravedad, lo que significa que debe haber algo de materia invisible adicional para hacerlas girar a las velocidades observadas.
De manera vergonzosa, la mayor parte del gráfico circular es energía oscura. Este es un tipo de energía, o campo, que causa una fuerza antigravitatoria en el universo mismo, que lo separa. Otra forma de pensar es que la energía oscura ejerce una presión negativa. En lugar de que el universo simplemente se expanda a un ritmo constante, la expansión se está acelerando como consecuencia de la energía oscura.
Podemos decir que el universo se está expandiendo de esta manera al observar cuán rápido las galaxias se alejan unas de otras. Y personalmente he participado en pruebas de energía oscura, como la encuesta de WiggleZ. En esto, nuestro equipo midió el efecto de la energía oscura usando una nueva técnica de "regla estándar", que puede estimar las distancias en el cosmos. Esto lleva a la conclusión de que la energía oscura es real.
¿Otra forma de salir?
Supongamos por un momento que tanto la energía oscura como la materia oscura son una píldora demasiado extraña para tragar. ¿Cuáles serían las alternativas? Una salida sería suponer que nuestra comprensión del universo es la culpa. Quizás la gravedad y la relatividad general no funcionen del modo en que pensamos que lo hacen.
De la misma manera que las leyes de Newton -que durante mucho tiempo pensamos que contaban toda la historia sobre el movimiento- son una simplificación de la teoría de la relatividad más complicada, tal vez nuestra comprensión de la relatividad es una simplificación de otra cosa. Más fundamentalmente, ¿acaso hemos cometido algún error de juicio sobre los supuestos que sustentan las ecuaciones con las que tratamos? Tal vez tenemos que modificar las ecuaciones de gravitación?
El nuevo estudio de André Maeder, profesor honorario de astronomía en la Universidad de Ginebra, se centra en algo llamado "invarianza de escala". La invarianza de escala significa que las propiedades de una determinada ley de la física (o conjunto de objetos físicos) no cambian, incluso si tuviéramos que multiplicar sus longitudes o energías por algún número. Son lo mismo, independientemente de la escala. Como ejemplo de un tipo muy específico de invarianza de escala, piense en un fractal. Incluso si hacemos zoom con una ampliación determinada, la forma del fractal seguirá siendo la misma.
Podríamos tratar el espacio vacío en sí mismo como teniendo esta calidad. En otras palabras, el espacio vacío aún tiene las propiedades del espacio vacío , incluso si hacemos un acercamiento o alejamiento, y sus propiedades no cambian si se aplasta o estira. Lo que Maeder encuentra es que si tratamos el espacio vacío como invariante de escala, puede que no haya necesidad de materia oscura o energía oscura en absoluto.
Esto es diferente de lo que sugirió Einstein: que el espacio vacío opera en base a lo que se conoce como la constante cosmológica, que es una forma de energía oscura. El espacio bajo estas circunstancias no puede ser invariante de escala de la misma manera. Muchos científicos suponen implícita y explícitamente que esta es la descripción correcta. Sin embargo, esto significa que la energía oscura y la materia oscura siguen siendo necesarias y, por lo tanto, se necesita una nueva física para explicarlas.
Poniendo la teoría a prueba
Emocionantemente, la teoría de Maeder es comprobable. Por ejemplo, podemos determinar de forma observacional la velocidad de rotación de las galaxias y comparar los datos con las predicciones hechas por su modelo de espacio vacío . Incluso podemos examinar el movimiento de las galaxias dentro de los cúmulos de galaxias para comprobar si hay acuerdo con el modelo propuesto.
Los científicos solo propusieron la materia oscura para explicar cómo las galaxias y los cúmulos de galaxias se mueven debido a una atracción gravitatoria. Pero, ¿qué pasaría si el espacio mismo pudiera hacerlos moverse de esta manera? Hasta ahora, las pruebas que Maeder describe están de acuerdo con las observaciones realizadas.
Sin embargo, hay muchas más pruebas que deben ejecutarse, Maeder solo ha investigado dos cúmulos de galaxias. Y no olvidemos el enorme cuerpo de trabajo que sugiere que la materia oscura y la energía oscura existen. Sin embargo, es tentador que, si las hipótesis que Maeder ha presentado son correctas, apuntan a una gran revisión de nuestras ideas sobre la cosmología.
Si bien aún no estamos allí, en última instancia, puede ser necesario volver a consultar el gráfico circular de masa y densidad de energía de todo el universo para borrar las dos partes más grandes. Es un momento emocionante para ser un cosmólogo.
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lee el artículo original.
Kevin Pimbblet recibe fondos de STFC.
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