Parecería que la comprensión moderna de la estructura del Universo ya está bien establecida y generalmente aceptada. Pero de vez en cuando, hay que defenderlo de las llamadas anomalías, desviaciones inexplicables de la norma que cuestionan el modelo estándar. Hablemos hoy de cómo un extraño fenómeno cosmológico, por su naturaleza y por alguna coincidencia de circunstancias llamado el "Eje del Mal", casi rompió la cosmología moderna.
Eco del Big Bang
La Tierra mira al cielo con miles de ojos telescópicos. Varias docenas más se colocan en órbita. Los primeros telescopios eran ópticos y fueron diseñados para observar la parte luminosa del espectro de radiación electromagnética, que es accesible al ojo humano. Los modernos se asoman al espacio exterior sin fondo y observan sus objetos en todo el espectro de radiación electromagnética. Tome el observatorio espacial Swift, por ejemplo. Está diseñado para registrar y observar estallidos cósmicos de rayos gamma, gigantescos estallidos de energía observados en galaxias distantes. Coloque la radiación gamma de onda corta al comienzo del espectro electromagnético. El observatorio orbital ruso Radioastron estudia los agujeros negros y las estrellas de neutrones en el rango de radio, más cerca del otro extremo del espectro.
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Algunos observatorios en órbita son más conocidos, otros menos. Encabezando el índice de popularidad está el telescopio espacial Hubble, que ha estado en órbita durante 27 años. Estudia el espacio en los rangos visible, ultravioleta e infrarrojo. Kepler también es ampliamente conocido, equipado con un fotómetro supersensible que opera en el rango de 430 a 890 nm (rangos visible e infrarrojo) y es capaz de observar simultáneamente las fluctuaciones de brillo de 145.000 estrellas.
Pero entre ellos hay observatorios orbitales, cuyo propósito principal no son las estrellas, planetas o galaxias individuales, sino el Universo en sí. El propósito de encontrarlos en órbita es ayudar a los astrónomos a comprender la estructura de nuestro Universo, para tratar de comprender su historia. Y quizás, y ver a través del muro de distancias increíbles y otros universos.
Lanzado por la NASA en junio de 2001, el observatorio WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) fue uno de esos. El dispositivo fue diseñado para estudiar la radiación reliquia de fondo que se formó como resultado del Big Bang. Hasta octubre de 2010, estaba a 1,5 millones de km de la Tierra en órbita cerca del punto L2 de Lagrange del sistema Sol-Tierra. En el período de 2001 a 2009, escaneó la esfera celeste y transmitió los resultados de las observaciones a la Tierra. A partir de los datos obtenidos por el telescopio, se compiló un mapa de radio detallado del cielo en varias longitudes de onda electromagnética: de 1,4 cm a 3 mm, que corresponde al rango de microondas.
La radiación de la reliquia llena el Universo de manera uniforme. Esta radiación de microondas de fondo, que surgió en la era de la recombinación primaria de hidrógeno, es una especie de "eco" del Big Bang. Tiene un alto grado de isotropía, es decir, uniformidad en todas las direcciones. Su espectro de radiación corresponde al espectro de radiación de un cuerpo absolutamente negro con una temperatura de 2.72548 ± 0.00057 K. La radiación máxima recae sobre ondas electromagnéticas con una longitud de 1.9 mm y una frecuencia de 160.4 GHz (radiación de microondas). Sin entrar en detalles, en la escala de radiación electromagnética se encuentra entre la radiación térmica infrarroja y las frecuencias de las comunicaciones celulares, radiodifusión y televisión. La radiación de fondo de microondas es isotrópica con una precisión del 0,01%. Esto es exactamente lo que indica la alternancia de áreas naranjas "cálidas" y azules "frías" en los mapas de radio de las naves espaciales. Tiene algo de anisotropía a pequeña escala.
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En 2010, el observatorio completó su misión. Así como WMAP reemplazó una vez al observatorio espacial Cosmic Background Explorer (COBE), también conocido como Explorer 66, y fue reemplazado por el Observatorio Europeo Planck más sensible y moderno, ubicado en el mismo punto L2 … Planck tiene una mayor sensibilidad y un rango de frecuencia más amplio.
Comparación de resultados de COBE, WMAP y Planck. Una ilustración de lo diferente que es la sensibilidad de sus instrumentos de medición.
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Traspasado por el eje
La principal provisión de la cosmología moderna, en la que se basan la mayoría de los modelos modernos de la estructura del Universo, es el llamado principio cosmológico. Según él, en el mismo momento en el tiempo, cada observador, esté donde esté y en cualquier dirección que mire, encontrará en promedio la misma imagen en el Universo.
Esta independencia del lugar de observación, la igualdad de todos los puntos en el espacio se llama homogeneidad. Y la independencia de la dirección de observación, la ausencia de una dirección preferida en el espacio, es decir, el hecho de que el Universo no prefiera una dirección a otra, es isotropía. Y su ausencia es anisotropía.
Todo estaría bien, pero solo en el proceso de procesamiento de los datos obtenidos por la sonda WMAP, se sacaron conclusiones sobre tal anisotropía del Universo. Los resultados del análisis de datos mostraron la presencia en el espacio de una cierta área extendida alrededor de la cual tiene lugar la orientación de toda la estructura del Universo. Es decir, en el espacio todavía hay una dirección en la que se alinean las galaxias y los grandes objetos espaciales. Este fenómeno, capaz de romper el concepto moderno del Universo, fue denominado "Eje del Mal". El término en sí fue acuñado por el físico y cosmólogo portugués João Magueijo que trabaja en el Reino Unido.
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Las áreas azules son las más frías, las áreas naranjas son las "más cálidas". Línea blanca - "Eje del mal". Delineado con un óvalo - Supervoid de Eridani
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Se cree que este nombre está asociado no tanto con la "geometría" del fenómeno, sino con la influencia que el fenómeno puede tener en las ideas actuales predominantes sobre el Universo. Entre otras cosas, unos años antes, el presidente de Estados Unidos, George W. Bush, introdujo el mismo término en relación con los países que, según Estados Unidos, patrocinan el terrorismo internacional y representan una amenaza para la paz y la estabilidad del planeta.
Cabe señalar que nuestro Universo tiene cierta falta de homogeneidad y anisotropía. De lo contrario, no habría galaxias, estrellas, planetas. Y, al final, tú y yo también. Todas estas son desviaciones de la homogeneidad del universo. El principio cosmológico se aplica a escalas muy grandes, mucho más allá del tamaño de un cúmulo de galaxias. Estamos hablando de cientos de millones de años luz. A menor escala, la falta de homogeneidad es posible como consecuencia de las fluctuaciones cuánticas causadas por el Big Bang.
Mageiju, al observar las regiones "cálidas" (naranja) y "frías" (azules) de las fluctuaciones de la radiación de fondo de microondas, hizo un descubrimiento interesante. Encontró que incluso en las escalas más grandes, las fluctuaciones de la radiación relicta (fluctuaciones de temperatura) no están ubicadas al azar, sino relativamente ordenadas.
Un ejemplo separado de tal manifestación de anisotropía es el punto frío reliquia en la constelación de Eridanus. Aquí, la radiación de microondas es significativamente menor que en las áreas circundantes. Con casi mil millones de años luz de diámetro, el Eridani Supervoid tiene muchas menos estrellas, gas y galaxias de lo habitual.
No existe una comprensión exacta de qué pudo haber causado un agujero tan enorme. La profesora Laura Mersini-Houghton de la Universidad de Carolina del Norte da esta emocionante explicación: "Esta es definitivamente una huella de otro universo fuera del nuestro".
¿Parecía?
Y en 2009, la ESA puso en órbita el telescopio Planck más avanzado. La nave tenía dos instrumentos a bordo para estudiar el cielo: un receptor de baja frecuencia que cubre el rango de frecuencia de 30 a 70 GHz, que corresponde a longitudes de onda de aproximadamente 4 a 10 mm, y un receptor de alta frecuencia con una frecuencia de 100 a 857 GHz y longitudes de onda de 0, 35 a 1 mm. La radiación recogida se concentra en los instrumentos mediante un sistema de dos espejos: el principal, de 1,9 por 1,5 m, y el secundario, de 1,1 por 1,0 m. Los receptores del telescopio se enfriaron hasta casi el cero absoluto, operando a una temperatura de –273, 05 ° C, es decir, 0,1 ° C por encima del cero absoluto. La observación del cielo "Planck" continuó hasta el agotamiento en enero de 2012 del helio líquido, enfriando los receptores.
Telescopio "Planck" en el punto Lagrange L2 del sistema Sol - Tierra
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Debía refutar los resultados obtenidos por WMAP o, por el contrario, confirmarlos. Y el primer análisis de los datos obtenidos, realizado en 2013, mostró que el "Eje del Mal" en el Universo existe realmente. Pero en ese momento aún no se habían publicado todos los datos recibidos por la nave espacial.
Solo el año pasado, un equipo de investigadores del University College London (UCL) y el Imperial College London, basándose en los resultados de un análisis de un conjunto de datos completo de un telescopio, estableció que no existe un "eje" real. Los datos obtenidos del telescopio entre 2009 y 2013 se analizaron mediante una supercomputadora. Los resultados del análisis mostraron: el Universo es isotrópico. El estudio de astrónomos británicos fue publicado en mayo de 2016 por Physical Review Letters.
Daniela Saadeh, cosmóloga investigadora del Departamento de Física y Astronomía del University College de Londres, que participó en el estudio, no oculta su alegría: "Podemos decir que salvamos la cosmología de una revisión completa".
En una explicación de los hallazgos del estudio publicada en el sitio web de la universidad, Daniela explica: “Los resultados del estudio son la mejor evidencia de que el universo es el mismo en todas las direcciones. Nuestra comprensión actual de la estructura del universo se basa en el supuesto de que no prefiere una dirección a otra. Pero debe comprender que la teoría de la relatividad de Einstein, en principio, no niega la posibilidad de la existencia de un espacio desequilibrado. Es muy posible que existan universos que estén girando o estirando, por lo que es muy importante que este no sea el caso en nuestro caso. Aunque, por supuesto, no podemos descartar esto por completo, pero nuestros cálculos indican que la probabilidad de que esto suceda es sólo de uno en 121.000.
Escaneando la esfera celeste con el telescopio Planck
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Sergey Sobol
