La próxima vez que coma un muffin de frutos rojos, piense en lo que pasó con los arándanos en la masa cuando se horneó la dulzura. Los arándanos estaban en un lugar, pero a medida que el pan se expandía, las bayas comenzaron a alejarse unas de otras. Si pudiera pararse sobre una baya, vería a todos los demás alejarse de usted, pero lo mismo será cierto para cualquier otra baya que elija. En este sentido, las galaxias son como bayas en un cupcake.
Desde el Big Bang, el universo se ha expandido sin descanso. El hecho extraño es que no hay un solo lugar desde el que se expanda el universo; más bien, todas las galaxias se están alejando (en promedio) de otras. Desde nuestro punto de vista en la Vía Láctea, parecerá que la mayoría de las galaxias se están alejando de nosotros, como si fuéramos el centro de nuestro universo en forma de bollo. Pero mire desde cualquier otra galaxia y la vista será exactamente la misma.
Para confundirte aún más, una nueva investigación sugiere que la velocidad a la que el universo se expande puede ser diferente dependiendo de qué tan atrás en el tiempo mires. Nuevos datos, publicados en Astrophysical Journal, indican que es hora de repensar nuestra comprensión del espacio.
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Misterio del Hubble
Los cosmólogos caracterizan la expansión del universo mediante una ley simple: la ley de Hubble (llamada así por Edwin Hubble). La ley de Hubble es la observación de que las galaxias más distantes se alejan más rápido. Esto significa que las galaxias cercanas se mueven con relativa lentitud.
La relación entre la velocidad y la distancia a la galaxia está determinada por la "constante de Hubble" - 70 km / s / Mpc. Esto significa que la galaxia se mueve a unos 90.000 km por hora por cada millón de años luz de distancia de nosotros.
Esta expansión del universo, con galaxias cercanas alejándose más lentamente que las galaxias distantes, se espera de un espacio en expansión uniforme con energía oscura (una fuerza invisible que acelera la expansión del universo) y materia oscura (una forma de materia desconocida e invisible, que es cinco veces más grande de lo habitual). Lo mismo se puede observar en un muffin con frutos rojos.
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La historia de la medición de la constante de Hubble está llena de dificultades y revelaciones inesperadas. En 1929, el propio Hubble creía que su valor debería ser del orden de 600.000 km por hora por millón de años luz, unas diez veces más de lo que se mide actualmente. Los intentos de medir con precisión la constante de Hubble a lo largo de los años han llevado al descubrimiento inadvertido de la energía oscura. Encontrar información sobre este misterioso tipo de energía, que representa el 70% de la energía del universo, inspiró el lanzamiento del mejor telescopio espacial del mundo (hasta la fecha), que lleva el nombre de Hubble.
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El problema es que los resultados de las dos mediciones más precisas no concuerdan y no se correlacionan entre sí. Una vez que las medidas cosmológicas se volvieron tan precisas que mostraron el valor de la constante de Hubble, resultó obvio que esto no tenía sentido. En lugar de uno, tenemos dos resultados contradictorios.
Por un lado, tenemos nuevas medidas precisas del fondo cósmico de microondas - el resplandor del Big Bang - realizadas por la misión Planck, que midió la constante de Hubble en 67,4 km / s / Mpc.
Por otro lado, tenemos nuevas medidas de estrellas pulsantes en galaxias cercanas, también increíblemente precisas, que midieron la constante de Hubble en 73,4 km / s / Mpc. Están más cerca de nosotros en el tiempo.
Ambas medidas afirman ser correctas y muy precisas. La discrepancia entre las mediciones es de unos 500 km por hora por millón de años luz, por lo que los cosmólogos lo llaman "tensión" entre dos dimensiones: estiran las estadísticas en diferentes direcciones y deben colapsar en algún lugar.
¿Nueva física?
¿Cómo colapsará? Nadie lo sabe por el momento. Quizás nuestro modelo cosmológico esté equivocado. Se puede ver que el universo se está expandiendo más rápido más cerca de nosotros de lo que esperaríamos, a partir de dimensiones más distantes. Las mediciones del fondo cósmico de microondas no miden la expansión local, sino que lo hacen a través de un modelo: nuestro modelo cosmológico. Ha tenido mucho éxito en predecir y describir muchos de los datos observables en el universo.
Por tanto, aunque este modelo pueda estar equivocado, nadie ha ideado un modelo sencillo y convincente que pueda explicar tanto esto como todo lo que observamos. Por ejemplo, podríamos intentar explicar esto con una nueva teoría de la gravedad, pero luego otras observaciones no encajan. O podría explicarse mediante la nueva teoría de la materia oscura o la energía oscura, pero luego otras observaciones no funcionarán, y así sucesivamente. Por tanto, si esta "tensión" está asociada a la nueva física, debe ser compleja y desconocida.
Una explicación menos interesante serían las "incógnitas desconocidas" en los datos causadas por efectos sistemáticos, y un análisis más detallado algún día revelará un efecto sutil que se ha pasado por alto. O podría ser simplemente una casualidad estadística que desaparecerá cuando se recopilen más datos.
Actualmente no está claro qué combinación de nueva física, efectos sistemáticos o nuevos datos resolverá estas tensiones, pero seguramente algo quedará claro. La imagen del universo como un pastel en expansión puede estar equivocada, y los cosmólogos se enfrentan al desafío de proponer una imagen diferente. Si se necesita nueva física para explicar las nuevas dimensiones, entonces el resultado cambiará nuestra comprensión del espacio.
Ilya Khel
