La estructura más grande del Universo

La cosmología actual se basa en un principio un poco extraño, el Principio Cosmológico: a grandes escalas el Universo es homogéneo, que tiene una consecuencia más rara todavía: no importa dónde alguien se encuentre en él, para cualquier lugar hacia donde mire todo va a ser bastante parecido –como cuando uno está en un barco en el medio del mar y sin tierra a la vista–. La homogeneidad a grandes escalas pone de alguna forma un límite al tamaño de las estructuras en el Universo. Encontrar una estructura muy grande haría que deje de ser cierto que es lo mismo ver en  cualquier dirección; que es justamente lo que parece haber ocurrido: hace un par de meses se descubrió lo que parece ser la estructura más grande del universo.

Distribución de quásares en la estructura más grande del universo
Distrubución de los quásares en el LQG – arXiv:1211.6256v1 [astro-ph.CO] 27 Nov 2012

La estructura es lo que se conoce como un gran grupo de quásares –LQC, por sus siglas en inglés–. Los quásares son objetos relativamente raros. Al ser muy brillantes, se conocen bastantes y estos grupos no son nada nuevo. Lo sorprendente de este nuevo grupo es su longitud: cuatro mil millones de años luz: un tercio del diámetro del Universo. Su volumen, además, es un treinta por ciento más grande de lo que debería poder observarse en una estructura de este tipo.

Los científicos hacen preguntas, elaboran teorías y prueban si funcionan al observar experimentos diseñados por ellos o por la naturaleza. Si la teoría parece funcionar, buscan preguntas nuevas y, generalmente, más profundas para hacerle a sus teorías para así seguirlas probando y puliendo. Este proceso nunca se detiene y, a pesar de que en la vida cotidiana se suele asumir que la ciencia está llena de certezas, la realidad es todo lo contrario; como decía Bertrand Russell: aunque parezca paradójico, las ciencias exactas están dominadas por la idea de la aproximación.

La aproximación más fundamental en las teorías son los principios, cosas que parecen funcionar y suelen tener muy buenas justificaciones, pero que son propensas a ser un reflejo de prejuicios de los científicos. Por más fundamentos que tengan, la naturaleza no es lo que los científicos –o cualquier persona–  quieren que sea y todo el tiempo trae sorpresas.

Este descubrimiento no significa tirar todas las teorías cosmológicas y empezar de nuevo. Aquí entran en juego reglas estadísticas, y que haya un caso excepcional no implica una tendencia. Pueden aparecer nuevas observaciones que refuten las de ahora o alguien que encuentre un error en la lógica que se utilizó para este trabajo.

Por el otro lado, siempre es bienvenido encontrase que las teorías no sirven y arrancar otra vez desde el principio. Después de todo, así funciona la ciencia y es precisamente en esos momentos cuando los avances más increíbles y significativos ocurren.

Sabías que – Luna

  • ¿Sábías que la Luna siempre le da la misma cara a la Tierra, pero que no tiene un lado oscuro?
  • ¿Sabías que hay unos reflectores dejados por los astronautas del Programa Apollo con los que, apuntando con un rayo láser -lo suficientemente potente- y con un buen reloj, se puede medir con muchísima exactitud la distancia?
  • ¿Sabías que si la Tierra fuese del tamaño de un adulto, la Luna sería del tamaño de un bebé de un mes y estarían separados por una cuadra?

El universo se expande y cada vez más rápido

Para regresar un poco a la astronomía -y revivir este blog-, paso a comentarles un poco sobre el Premio Nobel de física del año pasado, otorgado a Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt y Adam G. Riess “por el descubrimiento de la expansión acelerada del universo a través de observaciones de supernovas distantes“.

La primer cosa curiosa este premio es que rompe un poco con sus principios: suelen ser entregados a personas que logran algo aplicable para la sociedad -para aquellos descubrimientos que dan el mayor beneficio para la humanidad. No digo que este descubrimiento no sea importante, simplemente fue una elección rara. Para darles una idea: el Premio Nobel para Albert Einstein fue, principalmente, por encontrar las leyes del Efecto Fotoeléctrico y no por su Teoría General de la Relatividad, que revolucionó increíblemente el mundo de la física; no es que la Relatividad General sea menos importante, pero en aquel entonces no tenía ninguna aplicación en la vida de la gente -aunque ahora si lo tiene, por ejemplo en el GPS.

M95 con Supernova (el punto azul sobre la galaxia a la derecha del núcleo)
Créditos y Copyright de la imagen: Adam Block, Mt. Lemmon SkyCenter, University of Arizona

Siguiendo con el tema, quienes estén al tanto de los documentales probablemente no se hayan sorprendido mucho con el descubrimiento; quizás ya lo daban por sentado -quizás no.

Toda afirmación científica debe estar acompañada de pruebas, lo curioso es que, si bien se tenía sospechas -porque esta investigación lleva más de 30 años, no estaba completamente confirmado -no había evidencia sólida-: la afirmación no estaba suficientemente respaldada por las observaciones. Lo que ocurre es que estas cosas son difíciles encontrar: se estima que ocurren varias supernovas por hora: el problema es encontrarlas.

No queda otra que fotografiar pedazos de cielo –campos, en la jerga- y buscar algún puntito de luz nuevo -y muy brillante- en las galaxias que se observan, comparando con una imagen anterior. Luego, si hay suerte, hay que tomar mediciones lo más precisas posibles de la cantidad de luz que llega y su cambio a lo largo del tiempo. Principalmente, se busca observar los primeros momentos luego de la explosión, donde el brillo es máximo. A partir de esos datos, por cuestiones de este tipo de eventos, se puede inferir la distancia a la que ocurrió la supernova.

La prueba de lo difícil que es -y fue- calcular con la precisión necesaria estas distancias está en el tiempo que se lleva recopilando datos.

Una de las cosas más interesantes de este fenómeno, a mi criterio, es que atenta contra la intuición: debería ocurrir todo lo contrario: la gravedad de toda la materia en el Universo debería detener la expansión. Sin embargo, no es suficiente.
Lo que contrarresta este efecto de la gravedad es llamado Energía Oscura -que no debe confundirse con Materia Oscura, y las explicaciones más simples podrían ser la Constante cosmológica -un número en las ecuaciones- distinta de cero o la Energía del Vacío -un efecto cuántico-. Cada explicación, por supuesto, tiene sus problemas, que escapan a los objetivos de éste pequeña explicación.

Cambios en teorías astronómicas

La astronomía se enfrenta a un problema que no se encuentran en otras Físicas: la mayor parte de los objetos de estudio son completamente inalcanzables. Podemos acercarnos y hacer mediciones directas sobre muchas cosas del Sistema Solar, pero aún para éstos necesitamos una sonda que viaje por años. Por ejemplo, la sonda Juno, que se prevee que salga en agosto, necesitará cinco años para llegar a Júpiter.

¿Y cómo sabemos lo que sabemos? Teorías. Gracias a ellas surgen modelos que indican como deberían comportarse determinados sistemas. Sin embargo, hay un pequeño detalle. Las teorías no son cosas demostradas. Pueden ser o no ser verdad. Para que una sea aceptada, debe ser verificada experimentalmente, es decir con observaciones. Pero que funcionen en todos los casos conocidos, no significa estén completamente demostradas.

Credit: Xiao Che - University of Michigan

El otro día, se publicó un paper en el Astrophysical Journal, donde los autores gracias a técnicas interferométricas lograron “resolver” la imagen de Regulus -la estrella más brillante de la constelación del León- y con ello pudieron medir su temperatura sus polos y ecuador.

Esto es bastante interesante de por si, porque resolver la imagen una estrella significa dejar de verla como un punto -a diferencia de la mayor parte del resto- y poder apreciar otras características, como este tema de medir la temperatura en distintas regiones del objeto. Además de eso, se encontraron con una sorpresa: las mediciones no se ajustaban a una teoría de hace 90 años y muy aceptada en la actualidad. Buscando un poco sobre el tema me encontré con un par de artículos periodísticos con títulos “Contradice estudio teoría astronómica ancestral”. Una exageración total, digna de alguien que no tiene idea de como comunicar ciencia. Para empezar el estudio no contradice nada.

La teoría de Von Zeipel, predice que abultamiento en el ecuador estrellas (producido por la rotación) genera un cambio de temperatura en esa área, generado por la gravedad.
El estudio muestra que dicho cambio está ahí pero que hay una gran diferencia cuantitativa con los modelos. Encontraron diferencias de hasta 5000ºC entre las observaciones y los modelos, cosa que tiene un efecto enorme para realizar luego otros cálculos como la luminosidad total de la estrella, su masa y su edad.

Los científicos proponen explicaciones para esta diferencia, que tienen que ver con la circulación de la materia dentro de la estrella.

Este es simplemente un ejemplo de que en la ciencia no hay verdades absolutas, sino cosas más o menos verdaderas.

Vía: Noticias de la Ciencia y la Tecnología
Fuente: Zoom-up star photos poke holes in century-old astronomical theory