Cada año, la Peter & Patricia Gruber Foundation otorga varios premios en distintas disciplinas (Cosmología, Neurociencia, Justicia, Genética y Derechos de la Mujer), dotados con 500.000 dólares. Estos “Premios Gruber”, sin tener la importancia de otros galardones (como los Premios Nobel) han sido en varios casos precursores de un Nobel - por ejemplo, John Mather, el líder del proyecto COBE (Cosmic Background Explorer), ganó el Premio Gruber de Cosmología el año pasado para luego ganar el Premio Nobel de Física el mismo año.
En cualquier caso, el descubrimiento que ha merecido el Premio Gruber de Cosmología 2007, que acaba de ser anunciado, es tan importante que no me resisto a comentarlo aquí. A pesar de que dicho descubrimiento se realizó en 1998, El Tamiz no existía entonces, de modo que no pudimos hablar de la noticia en aquel momento: el premio ha sido otorgado a Saul Perlmutter, Brian Schmidt, y los miembros de sus dos equipos de investigación por su descubrimiento de que el Universo no sólo no está frenando su expansión, sino que se expande cada vez más rápido.
Estos dos equipos de investigación (uno del Lawrence Berkeley National Laboratory y la University of California, y el otro de la Australian National University) realizaron investigaciones muy parecidas (de hecho, eran “rivales” en el sentido de que ambos trataban de responder la misma pregunta al mismo tiempo) y ambos obtuvieron la misma respuesta casi a la vez, de modo que tanto el uno como el otro han merecido el premio conjuntamente - afortunadamente, en la ciencia, todos pueden ganar.
Saul Perlmutter, líder de uno de los equipos ganadores del galardón.
Como probablemente sabes, hemos sabido durante mucho tiempo que el Universo se está expandiendo. La duda que tenía la comunidad científica, dicho mal y pronto, era la siguiente: por un lado, las galaxias se alejan unas de otras. Pero, por otro lado, la gravedad trata de acercarlas unas a otras. De manera que, cada vez, las galaxias van alejándose unas de otras cada vez más despacio, pero ¿cuánto están frenando? ¿llegará un momento en el que la gravedad consiga detener la expansión y las galaxias vuelvan a acercarse unas a otras, o simplemente irán alejándose cada vez más despacio pero nunca lleguen a detener la expansión? Dicho de otra manera: ¿se producirá un Big Crunch o seguirá el Universo expandiéndose cada vez más lentamente?
Para responder a esta pregunta, ambos equipos utilizaron un tipo de fenómeno astronómico extraordinariamente raro, y del que hemos hablado ya en El Tamiz: las supernovas de tipo Ia. Estas supernovas son muy especiales, en primer lugar, porque su brillo es tan extraordinario que podemos ver las que explotan a miles de millones de años-luz de nosotros (hay muy pocas cosas tan lejanas que podamos ver). En segundo lugar, el fenómeno físico que se produce en ellas es tal que siempre brillan con la misma intensidad - es decir que, comparándolas, puede saberse a qué distancia se encuentran de nosotros con gran exactitud.
El único problema de estas supernovas es que son muy raras: en una galaxia cualquiera sólo se producen dos o tres cada milenio. Por otro lado, el número de galaxias en el firmamento es gigantesco, de modo que en cualquier momento hay alguna supernova Ia explotando en el Universo. Los científicos tomaron imágenes de distintas porciones del cielo en varios momentos, de modo que comparándolas han podido saber en qué puntos se están produciendo supernovas. Después, utilizando distintos telescopios (como el de Cerro Tololo en los Andes chilenos para las supernovas más cercanas o el Telescopio Espacial Hubble para las más lejanas) tomaron imágenes más detalladas de cada supernova.
¿Para qué todo esto? Es relativamente sencillo de entender: por un lado, analizando el brillo de la supernova sabían a qué distancia de nosotros estaban y, por tanto, cuánto tiempo había tardado su luz en llegar hasta nosotros - es decir, la edad de la supernova. Por otro, midiendo el corrimiento al rojo (debido al efecto Doppler) de la supernova, podían saber a qué velocidad se estaba alejando de nosotros la supernova (cuanto más corrimiento al rojo, más deprisa se aleja). Así podían medir a qué velocidad se estaban alejando las supernovas jóvenes y las viejas y comprobar cuál era el “ritmo de frenado” del Universo.
Hasta aquí, todo perfectamente esperable…pero sólo hasta aquí. Cuando ambos equipos empezaron a analizar los datos de varias decenas de supernovas (algunas tan antiguas como 7.000 millones de años), se encontraron con que el Universo no estaba expandiéndose cada vez más lentamente…¡estaba acelerando! Afortunadamente, al ser dos equipos independientes, cada uno de ellos estaba confirmando los datos del otro (y ambos estaban bastante sorprendidos).
La comunidad científica aún no se ha recuperado. ¿Cómo es posible esto? Es algo tan sorprendente como lo siguiente: imagina que tengo dos piedras en el vacío interestelar, y le doy un golpe a cada una en sentidos contrarios y, en vez de alejarse cada vez más despacio, las piedras fueran acelerando alejándose la una de la otra cada vez más rápido. ¡Es muy raro! Claro, esto no lo notaríamos con las piedras porque sólo es apreciable en tiempos y distancias intergalácticas.
Existen varias posibles explicaciones a esto, la más aceptada de las cuáles propone la existencia de algo, llamado energía oscura, que actúa al revés que la gravedad y hace que las galaxias se “repelan” unas a otras, alejándose cada vez más rápido. ¿Qué es esta energía oscura? Ni idea. ¿De qué está formada, cuáles son sus propiedades? No lo sabemos. De hecho, la energía oscura y la materia oscura son dos de las grandes incógnitas de la física moderna - enormes incógnitas, porque algo así como el 95% del Universo es una de estas dos cosas, y sólo el 5% restante está formado por cosas que podemos ver, como las estrellas o la radiación electromagnética.
Composición de materia y energía del Universo.
De modo que, como puedes ver, este galardón es muy merecido: estos científicos han hecho que nos demos cuenta de que lo que pensábamos que era “la materia del Universo” resulta que sólo es una muy pequeña parte de él, y ha cambiado todas nuestras concepciones sobre el futuro del Universo. Como muchos importantes descubrimientos, lo que ha hecho éste es generar nuevas preguntas (lo mismo que los buenos artículos científicos generan más preguntas), pero preguntas más interesantes que las anteriores. ¿Qué es la energía oscura? ¿Impide esto que se produzca en el futuro un Big Bounce o un Big Crunch? Si es así, ¿es imposible que el Big Bang haya sido un Big Bounce, o es que no había energía oscura en el Universo anterior?
En cualquier caso, veremos si este descubrimiento merece este año o el que viene el Nobel de Física (a veces los suecos decepcionan). Por cierto, ya lo he dicho en alguna ocasión anterior, pero eventualmente dedicaremos una pequeña serie a la materia y la energía oscuras, el “reverso tenebroso” de la cosmología.
Para saber más: Página de la Fundación Gruber, Página del Lawrence Berkeley National Laboratory.
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El texto de Premio Gruber de Cosmología 2007 , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 11 } Comentarios
Pero si eso tiene muchos años ya, se llama Ley de Hubble, y lo que sugiere es un Big Rip (o “Gran Rotura”, o así). Eso significa que el Universo, en última instancia, no es una explosión automantenida, sino que ahora se encuentra en un “estado crítico” en el que se autosostiene por sus fuerzas. Otra cosa es que se haya conseguido demostrar ahora…
Pero en el futuro, ¿se autosostendrá? Hay quien dice que no, que finalmente, tres meses antes de que todo acabe, la materia galactica se empezará a separar entre ella a velocidades cada vez más grandes. Tres meses después de eso, todos los átomos del universo empezarían a separarse unos de otros, y la cohesión química de la que somos conscientes, sería tan solo una quimera en ese momento. Finalmente todas las partículas fundamentales se separarían entre ellas definitivamente, y, sin cohesión, desaparecerían tanto tiempo como espacio.
Manuko,
Creo que te estás confundiendo. Lo que dice la Ley de Hubble es que el corrimiento al rojo es proporcional a la distancia de la galaxia a nosotros, no que la expansión se esté acelerando. La Ley de Hubble es inevitable si se acepta un Universo en expansión, pero es compatible con un Universo que se está frenando, que se está acelerando o que no hace ni lo uno ni lo otro.
Lo que han hecho estos científicos no es demostrar la Ley de Hubble (es una ley empírica, él ya la basó en observaciones), es determinar que el parámetro de deceleración (q) de dicha ley es negativo, lo cual hubiera probablemente sorprendido al propio Hubble - todo el mundo estaba bastante seguro de que era positivo. De ahí su nombre de “parámetro de deceleración”.
Al final parece ser que el “major error” de Einstein no fue un error sino una POTRA COMO UNA CASA (estoy hablando de la constante cosmológica). Supongo que cuando hables de la relatividad general le dedicarás una entrada a tan famosa constante
(y si, estamos suponiendo que habrá una serie sobre la relatividad general sin fórmulas 
)
curzki, ¡puedes contar con ello! Eso sí, antes quiero dedicar una a los conceptos básicos de la cuántica, pero la de relatividad general caerá segurísimo
Einstein sorprende hasta en sus pifias, ¿verdad? Qué tío…es de esos que hasta cuando se equivoca, acierta más que los demás.
Aaaahm… De acuerdo.
Me cabe una duda, Pedro: en principio, si es una fuerza propia del movimiento de las galaxias la que hace que se “muevan”, cuanto más lejos estén de un centro de gravedad, más rápido se moverían, ¿no? Es decir, como si tuvieran un motor detrás: cuanto menor fuerza atractiva tenga detrás, mayor será su velocidad. No es que me de por pensar que las galaxias son como motores, pero si que pienso un poco en la gravedad como una evidencia de aceleración, y en que en el universo intergalactico no hay la suficiente materia como para generar atracción gravitacional (¿qué son? ¿dos partículas por metro cúbico? ¿acaso eso curva algo el espacio o el tiempo como para afectar a una galaxia?). Si esto es así, y notaron que el corrimiento al rojo de las galaxias significaba que unas se alejan de otras, ¿por qué les dio por pensar en un parámetro de deceleración?
Quiero decir, las galaxias se alejan las unas de las otras (evidencia empírica), y cada vez hay menos atracción entre ellas para “decelerar” su movimiento, por lo que la distancia entre ellas acelerará con el tiempo. Al fin y al cabo, están en caida libre (ahí si que es casi gravedad 0), tienen un movimiento inercial imprimido por una explosión primigenia, y cada vez menos atracción entre ellas. Y muy cerca tendrían que estar las unas de las otras para que la gravedad las afectara hasta el punto de frenarlas y hacerlas caer las unas contra las otras.
En principio, si se alejan lo suficiente para que no les afecte nada de gravedad en un periodo corto de tiempo, después de un aumento de la inercia (propio de la “caida” respecto del punto inicial de la explosión del Big Bang), podrían incluso alejarse entre ellas más rápido que la velocidad de la luz sin violar la relatividad general: en principio no habría constante gravitacional entre las galaxias, son demasiado grandes, y están demasiado lejos… Sinceramente, no se a quién se le ocurrió eso de que la gravedad afecta a las galaxias (entre ellas, no dentro de ellas, claro). Dicho sea de paso, aún recuerdo aquel magnifico tercer episodio de Star Trek, con aquel Enterprise-Lavadora intentando salir de la Vía Láctea y casi siendo destruido por “una barrera” en el límite interior del espacio intergaláctivo, antes de regresar “a casa” (me refiero a nuestra galaxia), y luego a Kirk poniendo cara de “Como se me ocurra decir que lo volvamos a intentar, que Spock me pegue”.
Por cierto, no entiendo lo que dice cuzki… la Constante Cosmológica contradice la expansión del universo, y aquí estamos viendo que no solo se expande, sino que cada vez lo hace más rápido. Einstein dijo que se equivocó y felicitó a Hubble, ¿por qué llevarle la contraria?
No, no he desaparecido, es que estoy de vacaciones, y en mi casa no dispongo de internet, y me cuesta leer el tamiz, aunque consigo estar al día ( con bastante esfuerzo). Este descubrimiento, me ha dejado boqueabierto. Una de dos, o que en alguna ley fisica que damos por sentado, resulta que estamos equivocados; o que no tenemos ni la más remota idea de lo que realmente sucede en el universo. No estaría mal que todos aprendiesemos un poco de lo que es esa materia y energia oscura, y como saben que existe.
No te preocupes, otanion - como puedes ver, el ritmo de artículos también ha bajado en mis vacaciones, pero ya se te echaba de menos
Sí, tenemos que dedicar entradas a esas dos cosas, pero antes quiero acabar con la materia que conocemos (las partículas de la serie) y probablemente las fuerzas fundamentales.
@Manuko
La constante cosmologia era una fuerza expansiva de origen desconocido que tendía a frenar el movimiento de las galaxias que preveía la relatividad general (si no me equivoco, que tampoco estoy muy puesto) de ahí que le venga al pelo.
Con respecto a lo otro, no se si te has dado cuenta de un pequeño detalle: sumando poquito a poco cosas MUY PEQUEÑAS se puede llegar a sumar algo MUYYYYYYYY GRANDE solo teniendo suficientes términos (si eres matematico y/o fisico sabras que la serie 1/n diverge) Pues con la gravead igual, si sumas la atracción de todas las particulas de un cúmulo de galaxias te puedo asegurar que no va a ser una fuerza trivial aunque estes a unos cuantos millones de años luz (¿sabes a qué velocidad se acerca el cúmulo local al supercúmulo de Virgo y este al gran atractor?)
curzki, Como fuerza expansiva, Einstein ideo la constante cosmológica para que el universo estuviera quieto respecto de la fuerza de la gravedad y que así no tuviera etapas de expansión ni contracción. En este caso se introduce una “constante” (no tanto constante ya que depende de la cantidad de materia y energía oscuras, al menos supuestamente) que lo que hace, de momento, es separar las galaxias las unas de las otras restando capacidad a su fuerza gravitatoria. Vale que sirve la Constante Cosmológica para explicarlo (entiendo que solo cuando sea muy superior a la esperada por Einstein), pero el pobre Einstein ya carga muchas culpas como para culparle de la expansión del universo, ¿no te parece?
Respecto a la gravedad de las cosas grandes, es lógico que los cúmulos se acerquen a grandes velocidades si están en expansión, digo yo. Y si no lo están y se acercan a pesar de todo, entonces no hay aumento de la distancia entre galaxias, y esto último es un hecho empírico. Si la materia tiende a ocupar espacios vacíos, pero en realidad se encuentra agrupada en galaxias con forma definible, y si a eso sumamos fuerzas de gravedad entre galaxias, unas más fuertes que otras (como la del cúmulo de virgo como centro de gravedad “local”), entre unas cosas y las otras las galaxias perderían su cohesión. Solo digo que si operamos los factores de otra forma, obtenemos que al sumar la fuerza expansiva propia del “vacio”, y un cierto movimiento inercial de la materia que “escapa” del centro de una gran explosión posterior a una singularidad (”encendiendose” la propia materia en el camino), el resultado debe ser, en todo caso, que la suma de ambas fuerzas, la repulsiva del big bang y la expansiva del “vacio” cosmológico, es una fuerza superior a la atracción gravitacional. Es decir, tendrías dos factores de movimiento, pero solo un patrón de movimiento lineal (desde el punto del big bang hacia todas partes donde no haya materia, ya que la materia tiene esa extraña manía de ocupar los huecos vacíos cuando se le da un tiempo para hacerlo). La cuestión es si tiene que ser obligatoriamente una energía y/o materia oscura la que genere la repulsión, o ya se interpreta que esa “materia oscura” es en realidad materia en negativo o vacío de materia… Es decir, ¿es porque hay materia oscura, o es porque en los huecos hacia los que se expande la materia no hay materia simplemente?
Por fin me puse al ia
ya he ledio todo lo publicado, y genial
Por mi parte hize un tonto pero curioso experimento: arrojé una gota de una sustancia un tanto más densa que el agua y de color blanco a un balde negro lleno de agua: al principio por la superficie una minuscula parte del material salió a una velocidad increible (mas de lo que cae la gota), pero luego, lo que había caido al fondo comenzó a expanderse en forma de sábana doblada entre sí misma, luego algunas partes se condensaron más y otras se desilacharon, al final, la maraña de hilos y cilindros se separó y quedaron unos hilos separados entre sí, y todavía no entiendo cómo se da la casualidad de que esa estructura tomó la forma del universo en edades remotas¿? !! Postdata: si el comentario resulta confuso, supongo que deveré tratar de explicarme un poco mejor (poco=más de lo que mi cabeza cuenta)
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