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Astrofísicos dicen que "El Big Bang fue un espejismo"

Un nuevo estudio podría ayudar a mostrar cómo la inflación fue disparada al moverse el Universo a través de una realidad de dimensiones superiores

«Por lo que saben los físicos, podrían haber salido dragones volando de la singularidad», dijo Niayesh Afshordi, astrofísico del Perimeter Institute for Theoretical Physics en Waterloo, Canada. Los teóricos proponen que el Big Bang fue un espejismo producido por el colapso de una estrella de una dimensión superior. Si bien los resultados recientes de Plank «prueban que [la propuesta de que existió] la inflación es correcta», dejan abierta la cuestión de cómo es que ocurrió. Un nuevo estudio podría ayudar a mostrar cómo la inflación fue disparada al moverse el universo a través de una realidad de dimensiones superiores.

El horizonte de sucesos de un agujero negro —el punto de no retorno para cualquier cosa que cae en él— es una superficie esférica. En un universo de dimensiones superiores, un agujero negro podría tener un horizonte de sucesos de tres dimensiones, lo que podría generar un universo completamente nuevo al formarse.

Podría ser el momento de apostar por una despedida [de la teoría] del Big Bang. Entre otras teorías, algunos cosmólogos han especulado que el universo se formó a partir de los escombros expulsados cuando una estrella de cuatro dimensiones colapsó en un agujero negro; un escenario que podría ayudar a explicar por qué el cosmos parece ser tan uniforme en todas las direcciones.

Sin embargo, el modelo estándar del Big Bang nos dice que el universo explotó desde un punto infinitamente denso, lo que en cosmología es llamado singularidad. Pero nadie sabe qué habría provocado esta explosión: las leyes conocidas de la física no pueden decirnos qué pasó en ese momento.

También es difícil explicar cómo un violento Big Bang habría dejado un universo con una temperatura casi completamente uniforme, ya que parece que no hubo suficiente tiempo desde el nacimiento del cosmos como para que pueda haber alcanzado un equilibrio térmico.

Para la mayoría de los cosmólogos, la explicación más plausible de que la uniformidad es que, poco después del comienzo de los tiempos, alguna forma desconocida de energía hizo que el joven universo se inflara a una velocidad mayor que la de la luz (inflación). De esa manera, un pequeño parche con una temperatura más o menos uniforme se habría extendido para convertirse en el vasto cosmos que vemos hoy. Pero Afshordi señala que «el Big Bang fue tan caótico que no está claro si habría existido ni siquiera una pequeña mancha homogénea para que la inflación empezara a funcionar».

En un artículo publicado en el servidor arXiv de pre-publicaciones, Afshordi y sus colegas centraron su atención en una propuesta hecha en 2000 por un equipo que incluye a Giorgi (Gia) Dvali, ahora físico en la Universidad Ludwig Maximilians en Munich, Alemania. En ese modelo, nuestro universo tridimensional (3D) es una membrana, o brana, que flota a través de un ‘universo superior’ que tiene cuatro dimensiones espaciales.

El equipo de Ashfordi imaginó que si el universo superior contenía sus propias estrellas de cuatro dimensiones (4D), algunas de ellas podrían colapsar, formando agujeros negros 4D de la misma manera que lo hacen las estrellas masivas en nuestro universo: explotan como supernovas, expulsan con violencia sus capas exteriores, mientras que sus capas interiores colapsan en un agujero negro.

En nuestro universo, un agujero negro está limitado por una superficie esférica llamada horizonte de sucesos. Mientras que en el espacio tridimensional ordinario se necesita un objeto de dos dimensiones (una superficie) para crear una frontera que encierra un agujero negro, en el universo superior el horizonte de sucesos de un agujero negro 4D sería un objeto 3D: una forma llamada hiperesfera. Cuando el equipo de Afshordi modeló la muerte de una estrella 4D, encontraron que el material expulsado formaría una membrana 3D que rodea ese horizonte de eventos 3D, y se ampliará poco a poco.

Los autores postulan que el universo en 3D en el que vivimos podría ser sólo una membrana así, y que detectamos el crecimiento de la membrana como la expansión cósmica. «Los astrónomos midieron la expansión y extrapolaron hacia atrás que el universo debe haber comenzado con una gran explosión, pero eso es sólo un espejismo», dice Afshordi.

El modelo también explica con naturalidad la uniformidad de nuestro universo. Debido a que el universo mayor 4D podría haber existido durante un tiempo infinitamente largo, habría existido una gran oportunidad para que las diferentes partes del universo 4D superior llegaran a un equilibrio, lo cual habría heredado nuestro Universo 3D.

Esta visión tiene algunos problemas, sin embargo. A principios de este año, el observatorio espacial Planck de la Agencia Espacial Europea dio a conocer datos que mapean las fluctuaciones de temperatura leves en el fondo cósmico de microondas, la reliquia de radiación que mantiene las huellas de los primeros momentos del universo. Los patrones observados coinciden con las predicciones realizadas por el modelo y la inflación estándar del Big Bang, pero el modelo de agujero negro se desvía de las observaciones de Planck en alrededor del 4%. Con la esperanza de resolver la discrepancia, Afshordi dice que ahora está refinando su modelo.

 

 

A pesar de la falta de coincidencia, Dvali elogia la manera ingeniosa en que el equipo descartó el modelo del Big Bang. «La singularidad es el problema más fundamental en la cosmología y ellos han reescrito la historia para que nunca nos encontremos con ella», dice. Considerando que los resultados del Planck «demuestran que la inflación es correcta», dejan abierta la cuestión de cómo ocurrió la inflación, añade Dvali. El estudio podría ayudar a mostrar cómo es provocada la inflación por el movimiento del Universo a través de una realidad de dimensiones superiores, dice.

Fuente: Daily Galaxy. Aportado por Eduardo J. Carletti

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Descubren que misteriosas señales de radio son la mejor comprobación de la Teoría General de la Relatividad

Parecen estar originadas por desconocidos acontecimientos más allá de la Vía Láctea, e incluso más allá del Grupo Local de galaxias que incluye la nuestra

Los investigadores han encontrado una nueva manera, al parecer mucho más eficaz, para probar uno de los principios básicos que son cimiento de la teoría de la relatividad general de Einstein, el de Equivalencia, que establece que, en una pequeña región del espacio, cualesquiera que sean los efectos producidos por la gravitación éstos son los mismos que los producidos por una aceleración. Se trata de unas raras señales de radio, tan breves que solo duran unos pocos milisegundos, llamadas en inglés Fast Radio Bursts (explosiones rápidas de radiofrecuencia) que parecen estar originadas por misteriosos acontecimientos más allá de la Vía Láctea, e incluso más allá del Grupo Local de galaxias que incluye la nuestra. Hasta ahora, solo se han detectado una docena de estos eventos.

Tal como todas las otras formas de radiación electromagnética, incluyendo la luz visible, estas rápidas ráfagas de radio viajan a través del espacio como ondas de partículas de fotones. La cantidad de picos de onda por segundo que llegan de las explosiones rápidas de radiofrecuencia —su frecuencia— está en el mismo rango que el de las señales de radio.

Los investigadores esperan que cuando se construyan detectores más poderosos, se puedan observar más señales de este tipo y se pueda confirmar su origen. «También vamos a poder utilizar estas explosiones como una sonda de sus galaxias anfitrionas, del espacio entre las galaxias, de la estructura cósmica en la red del universo, y como una prueba de la física fundamental», dice Peter Mészáros, profesor de Física en la Universidad Estatal de Pensilvania y autor principal del artículo, que se publica en la revista Physical Review Letters.

Se espera que el impacto del nuevo método aumentará significativamente a medida que se observen más de estas explosiones, y se pueda establecer con mayor firmeza su origen. «Si se comprueba que se originan fuera de la Vía Láctea, y si se pueden medir con precisión sus distancias, se convertirá en una poderosa nueva herramienta para poner a prueba el Principio de Equivalencia de Einstein», señala Mészáros.

El Principio de Equivalencia afirma que dos fotones de diferentes frecuencias, emitidos al mismo tiempo de la misma fuente que viajan a través de los mismos campos gravitacionales, deben llegar a la Tierra en exactamente el mismo tiempo. «Si el principio es correcto, cualquier retraso de tiempo que podría ocurrir entre estos dos fotones no debe ser debido a los campos gravitatorios que experimentaron durante sus viajes, sino a otros efectos físicos», indica el investigador.

 

 

Mészáros dijo que la prueba que desarrollaron él y sus colaboradores implica un análisis de cuánta curvatura del espacio han experimentado los fotones debido a objetos masivos lejos o cerca de su camino a través del espacio.

Según el científico, su experimento reemplaza por uno o dos órdenes de magnitud los mejores límites anteriores sobre la exactitud del Principio de Equivalencia de Einstein, que se basaban en los rayos gamma y otras energías de la explosión de una supernova en 1987, la supernova 1987A. «Este resultado es un homenaje importante a la teoría de Einstein, en el centenario de su primera formulación», dice Mészáros.

Fuente: ABC y Physorg. Aportado por Eduardo J. Carletti

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El sondeo XXL de cúmulos de galaxias aporta tridimensionalidad al lado oscuro del universo

Las observaciones desde los telescopios de ESO, en lo que de ha llamdo cacería (o sondeo) XXL de cúmulos de galaxias, han proporcionado una tercera dimensión, clave en el sondeo del lado oscuro del Universo

Los cúmulos de galaxias son congregaciones masivas de galaxias que albergan inmensos reservorios de gas caliente cuyas temperaturas son tan altas que se producen rayos X. Estas estructuras resultan útiles para los astrónomos, pues se cree que su construcción está influenciada por los componentes más extraños del Universo: la materia oscura y la energía oscura. Por medio del estudio de sus propiedades en diferentes etapas de la historia del Universo, los cúmulos de galaxias podrían arrojar luz sobre el poco conocido lado oscuro del Universo.

El equipo, conformado por más de 100 astrónomos de todo el mundo, comenzó la búsqueda de estos monstruos cósmicos en el año 2011. Si bien la radiación de alta energía de los rayos X que revela su ubicación es absorbida por la atmósfera de la Tierra, puede ser detectada por los observatorios de rayos X en el espacio. Por lo tanto, combinaron el sondeo XMM-Newton de ESA, que significó la mayor adjudicación de tiempo de observación jamás otorgada a este telescopio en órbita, junto con observaciones provenientes de ESO y otros observatorios. El resultado es una enorme y creciente recopilación de datos de todo el espectro electromagnético [1], que se ha denominado colectivamente el sondeo XXL.


Los telescopios de ESO han brindado a un equipo internacional de astrónomos el regalo de la tercera dimensión en una enorme búsqueda de las mayores estructuras ligadas gravitacionalmente en el Universo: los cúmulos de galaxias. Las observaciones realizadas con el VLT y el NTT complementan a las realizadas desde otros observatorios en la tierra y el espacio, como parte del sondeo XXL, una de las mayores búsquedas de cúmulos de este tipo

«El principal objetivo del sondeo XXL es proporcionar un muestreo bien definido de unos 500 cúmulos de galaxias, a una distancia a la que el Universo tenía la mitad de su edad actual», explica la Investigadora Principal del sondeo XXL, Marguerite Pierre de CEA, Saclay, Francia.

El telescopio Newton XMM captó imágenes de dos zonas del cielo -cada una de un tamaño de cien veces el área de la luna llena- en un intento por descubrir un gran número de cúmulos de galaxias no conocidas previamente. El equipo del sondeo XXL ha publicado sus conclusiones en una serie de artículos científicos acerca de los 100 cúmulos más brillantes descubiertos [2].

Asimismo se usaron observaciones realizadas con el instrumento EFOSC2, instalado en el New Technology Telescope (NTT), junto con el instrumento FORS acoplado al Very Large Telescope de ESO (VLT), para analizar cuidadosamente la luz proveniente de galaxias dentro de estos cúmulos de galaxias. Fundamentalmente, esto permitió al equipo medir las distancias exactas hasta los cúmulos de galaxias, proporcionando una vista tridimensional del cosmos, requerida para realizar mediciones precisas de la materia oscura y energía oscura [3].

Se espera que el sondeo XXL genere diversos resultados interesantes e imprevistos, pero aún con la quinta parte de los datos finales ya han surgido importantes y sorprendentes hallazgos.


Esta imagen sobrepone una imagen en rayos X de un cúmulo distante (la imagen pixelada en azul, captada con el satélite XMM de ESA) por encima de una vista del cielo captada desde la tierra (con el telescopio Canada France Hawaii Telescope). Algunos de los objetos de rayos X más luminosos son galaxias con núcleos brillantes, alimentados por agujeros negros súper masivos. El cúmulo en el centro de la imagen aparece como una mancha extendida con emisión de rayos X proveniente de gas caliente. ESA/XXL consortium/Canada France Hawaii Telescope

Uno de los artículos científicos informa del descubrimiento de cinco nuevos súper cúmulos -cúmulos de cúmulos de galaxias- que se agregan a los ya conocidos, como nuestro propio súper cúmulo, denominado Laniakea.

Otro informe se refiere a las observaciones de seguimiento a un cúmulo de galaxias en particular (informalmente conocido como XLSSC-116), ubicado a una distancia de seis mil millones de años luz [4]. Utilizando el instrumento MUSE del VLT, se observó en dicho cúmulo una fuente de luz inusualmente brillante y difusa.

«Esta es la primera vez que logramos analizar en detalle la luz difusa en un cúmulo de galaxias distante, lo cual demuestra la potencia de MUSE para estas valiosas investigaciones,» explica Christoph Adami, del Laboratorio de Astrofísica de Marsella, Francia, co-autor del artículo.

El equipo también usó los datos para confirmar el concepto que postula que los cúmulos de galaxias fueron, en el pasado, versiones a escala reducida de aquellos que observamos actualmente; un descubrimiento importante para la comprensión teórica de la evolución de los cúmulos a lo largo de la historia del Universo.


Este cúmulo de galaxias distantes fue descubierto en el sondeo XXL. Su hallazgo fue posible gracias a su reveladora emisión de rayos X, proveniente de gas caliente, detectado por el satélite XMM de ESA. Las distancias hasta las galaxias individuales se calcularon utilizando los telescopios de ESO y otros, que permitieron una vista tridimensional de la distribución de los cúmulos de galaxias a delimitar. La imagen se obtuvo con el Canada France Hawaii Telescope. Crédito: XXL consortium/Canada France Hawaii Telescope

El simple acto de contar los cúmulos de galaxias en los datos XXL ha confirmado, también, un peculiar resultado previo: existen menos cúmulos distantes que los esperables basados en predicciones con parámetros cosmológicos calculados por el telescopio Planck de ESA. Se desconoce el motivo de esta discrepancia, aunque el equipo espera llegar a comprender esta curiosidad cosmológica con el muestreo completo de cúmulos, en el año 2017.

Estos cuatro resultados importantes no son más que un anticipo de lo que se espera conseguir con este enorme sondeo de algunos de los objetos más masivos del Universo.

 

 

Notas

[1] El sondeo XXL combina datos de archivo con nuevas observaciones de cúmulos de galaxias que cubren las longitudes de onda de 1×10-4 µm (rayos X, observados con XMM) hasta 492 µm (rango submilimétrico, observado con el Giant Metrewave Radio Telescope [GMRT]).

[2] Los cúmulos de galaxias informados en los trece artículos científicos se encuentran en corrimientos al rojo entre z = 0,05 and z = 1,05, que corresponden al periodo en que la edad del Universo era de 13 a 5.700 millones de años, respectivamente.

[3] El sondeo de los cúmulos de galaxias requirió conocer sus distancias con exactitud. Si bien las distancias aproximadas – corrimientos hacia el rojo fotométricos – se pueden medir analizando sus colores a diversas longitudes de onda, se requieren desplazamientos hacia el rojo espectroscópicos más precisos. Corrimientos al rojo espectroscópicos también fueron obtenidos de los datos de archivo, como parte del VIMOS Public Extragalactic Redshift Survey (Sondeo Público del Corrimiento al Rojo VIMOS) (VIPERS), el VIMOS-VLT Deep Survey (VVDS) y el sondeo GAMA.

[4] Este cúmulo de galaxias se encontró en un corrimiento hacia el rojo de z = 0.543.

Información adicional

La descripción del sondeo y algunos de sus primeros resultados científicos se presentarán en una serie de artículos científicos publicados en la revista Astronomy & Astrophysics con fecha 15 de diciembre de 2015.

El listado completo del equipo XXL se encuentra aquí.

XXL es un Proyecto internacional basado alrededor de un Programa Muy Amplio XMM que sondea dos campos extra-galácticos de 25 grados cuadrados a una profundidad de ~5 x 10-15 erg cm-2 s-1 en la banda [0.5-2] keV para fuentes puntuales. El sitio web de XXL está aquí. La información de multi-banda y seguimiento espectroscópico de las fuentes de rayos X se pueden obtener a través de un número de programas de rastreo, resumidos aquí.

ESO es la principal organización astronómica intergubernamental de Europa y el observatorio astronómico más productivo del mundo. Cuenta con el respaldo de dieciséis países: Alemania, Austria, Bélgica, Brasil, Dinamarca, España, Finlandia, Francia, Italia, Países Bajos, Polonia, Portugal, el Reino Unido, República Checa, Suecia y Suiza, junto con el país anfitrión, Chile. ESO desarrolla un ambicioso programa centrado en el diseño, construcción y operación de poderosas instalaciones de observación terrestres que permiten a los astrónomos hacer importantes descubrimientos científicos. ESO también desarrolla un importante papel al promover y organizar la cooperación en investigación astronómica. ESO opera en Chile tres instalaciones de observación únicas en el mundo: La Silla, Paranal y Chajnantor. En Paranal, ESO opera el Very Large Telescope, el observatorio óptico más avanzado del mundo, y dos telescopios de rastreo. VISTA (siglas en inglés de Telescopio de Rastreo Óptico e Infrarrojo para Astronomía) trabaja en el infrarrojo y es el telescopio de rastreo más grande del mundo, y el VST (VLT Survey Telescope, Telescopio de Rastreo del VLT) es el telescopio más grande diseñado exclusivamente para rastrear el cielo en luz visible. ESO es el socio europeo de un revolucionario telescopio, ALMA, actualmente el mayor proyecto astronómico en funcionamiento del mundo. Además, cerca de Paranal, en Cerro Armazones, ESO está construyendo el E-ELT (European Extremely Large Telescope), el telescopio óptico y de infrarrojo cercano de 39 metros que llegará a ser «el ojo más grande del mundo para mirar el cielo».

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Fuente: ESO. Aportado por Eduardo J. Carletti

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