Energía oscura, materia oscura. Solo sabemos que no sabemos...

A principios de los noventa, una cosa era bastante segura acerca de la expansión del universo. Que pudiera tener la suficiente densidad de energía para detener su expansión y recollapsar, puede tener tan poca densidad de energía que nunca dejaría de expandirce, pero la gravedad era seguro que retardara la expansión como el paso del tiempo. Concedido esto, la ralentización no había sido observada, pero, teóricamente, el universo tuvo en principio que ser lento. El universo está lleno de materia y la fuerza de atracción de la gravedad que reúne a toda la materia. Luego vinieron en 1998 y las observaciones de Hubble Space Telescope (HST) de supernovas muy lejanas que mostraban que, hace tiempo, el universo realmente se fue expandiendo más lentamente de lo que es hoy. Por lo que la expansión del universo no ha sido desacelerada debido a la gravedad, como todos pensaban, ha estado acelerando. Nadie esperaba esto, nadie sabía cómo explicarlo. Pero algo le causaba.

Finalmente los teóricos se acercaron con tres tipos de explicaciones. Tal vez fue el resultado de una versión larga descartada de la teoría de Einstein de la gravedad, que contenía lo que llamó una "constante cosmológica". Quizás hubo algún extraño tipo de fluido de energía que llena el espacio. Quizás hay algo mal con la teoría de Einstein de la gravedad y una nueva teoría podría incluir algún tipo de campo que crea esta aceleración cósmica. Los teóricos aún no saben cual es la explicación correcta, pero han dado el nombre de la solución. Se llama energía oscura.

 

¿Qué es la energía oscura?

 

 

Image Type: Illustration

Credit: Ann Feild (STScI)

 

Este diagrama ( arriba) revela cambios en la tasa de expansión desde el nacimiento del universo hace 15 mil millones de años(Aprox.). Las más superficial de la curva, más rápida será la tasa de expansión. La curva cambia notablemente hace unos años 7.500 millones de años, cuando los objetos en el universo comenzaron  ha volar como un ritmo más rápido. Los astrónomos teorizan que la tasa de expansión más rápida es debido a una fuerza misteriosa, oscura que separa las galaxias.

Aire libre de la NASA/STSci/Ann

 

Más se desconoce que lo que es conocido. Sabemos cuánta energía oscura hay allí y es porque sabemos cómo afecta a la expansión del universo. Aparte de eso, es un completo misterio. Pero es un misterio importante. Resulta que aproximadamente 70% del universo es energía oscura. La materia oscura hace alrededor de un 25%. El resto - todo en la Tierra, todo lo jamás observado con todos nuestros instrumentos, toda la materia normal - agrega hasta menos del 5% del universo. Llegando a pensarse de que, tal vez, que no debería ser llamado asunto «normal», ya que es una pequeña fracción del universo. Nota quelonia: Es decir lo anormal sería lo que podemos tocar y medir, pesar, etc. a lo que llamamos Materia.  Ya que es lo menos común. (Si alguna vez te dicen, como a mi me dijeron muchas veces, que sos anormal, por estudiar Matemáticas, Fisica y Gustarte La Astronomía...Pues, tienen razón...jijiji! No te enojes, simplemente diles como yo: "Somos partes y hermanos" )

 

Credit: NASA/WMAP Science Team

 

Fluctuaciones de temperatura de radiación de microondas de los datos WMAP 5 años vistos en el cielo. La temperatura promedio es de 2.725 Kelvin (grados por encima del cero absoluto, equivalente a-270 C o-455 F), y los colores representan las fluctuaciones de temperatura pequeño, como en un mapa meteorológico. Rojas regiones son más cálidas y las regiones azules son más frías por aproximadamente 0,0002 grados.

 

WMAP mide la composición del universo. El gráfico superior muestra un gráfico circular de los constituyentes relativos hoy. Un gráfico similar (izquierda) muestra la composición en 380.000 años (13 mil 700  millones de años atrás) cuando se observa el WMAP de la luz emanada. La composición varía a medida que se expande el universo: la materia oscura y los átomos se vuelven menos densos como el universo se expande, como un gas ordinario, pero las partículas fotones y neutrinos también pierden energía como el universo se expande, por lo que su densidad de energía disminuye más rápido que el asunto. Formaron una fracción más grande del universo hace 13 mil 700  millones de años. Parece que la densidad de energía oscura no disminuye en absoluto, por lo que ahora domina el universo a pesar de que era un pequeño contribuyente 13 mil 700 millones de años atrás.

 

 

La imagen a la derecha se agranda si haces click sobre ella para visualizarla mejor( El Quelonio)

 

Una representación de la evolución del universo más 13 mil 700 millones de años. La izquierda describe el momento de la primer ahora que podemos sondear, cuando un período de "inflación" produjo un estallido de crecimiento exponencial en el universo. (El tamaño es representado por la extensión vertical de la cuadrícula en el gráfico). Para los siguientes varios miles de millones de años, la expansión del universo progresivamente ralentizado como la materia en el universo tirada sobre sí misma a través de la gravedad. Más recientemente, ha comenzado la expansión a acelerar nuevamente como los efectos repulsivos de la energía oscura han llegado a dominar la expansión del universo. El afterglow luz vista por WMAP fue emitida unos 380.000 años después de la inflación y ha atravesado el universo sin impedimentos en gran medida desde entonces. Las condiciones de épocas anteriores son impresas en esta luz; también forma una luz de fondo para la posterior evolución del universo.

 

La imagen de la izquierda se agranda si haces click sobre ella para su mejor visualización(El Quelonio)

 

Año 5 CMB espectro Angular

El "espectro angular" de las fluctuaciones en el mapa del cielo completo WMAP. Esto muestra el brillo relativo de los "puntos" en el mapa versus el tamaño de las manchas. La forma de esta curva contienen una gran cantidad de información sobre la historia del universo.

Según los datos del año 5 suelte.

Crédito: NASA / WMAP ciencia equipo

 

WMAP REVELA NEUTRINOS, AL FINAL DE LA EDAD OSCURA, EL PRIMER SEGUNDO DEL UNIVERSO

WASHINGTON – la NASA lanzó esta semana cinco años de datos recogidos por el Wilkinson microondas Anisotropy Probe (WMAP) que refina nuestra comprensión del universo y su desarrollo. Es un tesoro de información, incluyendo por lo menos tres conclusiones principales:

 

Nueva evidencia que un mar de neutrinos cósmicos permea el universo

Pruebas claras que las primeras estrellas tomaron más de quinientos millones de años para crear una niebla cósmica

Nuevas restricciones en la ráfaga de la expansión del universo la primera trillón de segundo.

 

"Estamos viviendo un momento extraordinario," dijo Gary Hinshaw del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, MD. "La nuestra es la primera generación en la historia humana para hacer dichas mediciones detalladas y profundas de nuestro universo".

 

WMAP mide un remanente del universo temprano - su luz más antigua. Las condiciones de los tiempos tempranos son impresos en esta luz. Es el resultado de lo que pasó antes y una luz de fondo para el posterior desarrollo del universo. Esta luz energía perdida como el universo expandido a 13 mil 700 millones de años, así que WMAP ahora ve la luz como las microondas. Al hacer mediciones precisas de patrones de microondas, WMAP ha respondido a muchas preguntas de larga data sobre la edad del universo, la composición y desarrollo.

 

El universo está inundado en un mar de neutrinos cósmicos. Estas partículas subatómicas casi ingrávidas zip alrededor o casi la velocidad de la luz. Millones de neutrinos cósmicos a usted le pasan cada segundo.

 

"Un bloque de plomo del tamaño de todo nuestro sistema solar incluso no puede acercarse a detener un neutrino cósmico,", dijo el miembro del equipo de ciencia Eiichiro Komatsu de la Universidad de Texas en Austin.

 

WMAP ha encontrado evidencia de esto llamado "fondo cósmico de neutrinos" desde el principio del universo. Los Neutrinos han compuesto una parte mucho mayor del Universo primigenio de lo que hoy en día.

 

La luz de microondas vista por WMAP de cuando el universo tenía sólo 380.000 años, muestra que, en el momento, neutrinos, compuestos por 10% del universo, átomos 12%, oscuros importa 63%, 15% de fotones y energía oscura era insignificante. En contraste, las estimaciones de datos WMAP muestran que el universo actual consta de átomos de 4.6%, 23% materia oscura y 72% energía oscura neutrinos por ciento menos de 1.

 

Neutrinos cósmicos existían en tan gran número que afectaban el desarrollo temprano del universo. Que, a su vez, influenciado las microondas que observa WMAP. Datos WMAP sugieren, con más del 99,5% de confianza, la existencia del fondo cósmico de neutrinos - la primera vez que esta evidencia se ha recogido de las microondas cósmicas.

 

Mucho de lo que WMAP revela sobre el universo es debido a los patrones en sus mapas del cielo. Los patrones se en originan ondas sonoras en el universo temprano. Como con el sonido de una cuerda de guitarra pulsada, hay una nota principal y una serie de armónicos o sobretonos. El tercer sobretono, ahora claramente capturado por WMAP, ayuda a proporcionar la evidencia de los neutrinos.

 

El universo de jóvene denso y caliente era un reactor nuclear que producía helio. Teorías basadas en la cantidad de helio visto hoy predecen un mar de neutrinos debería haber estado presente cuando se hizo el helio. Los nuevos datos WMAP de acuerdo con esa predicción, junto con mediciones precisas de las propiedades del neutrino por colisiones de partículas sacada.

 

Otro avance que se derivan de los datos WMAP es una clara evidencia de las primeras estrellas tomaron más de quinientos millones de años para crear una niebla cósmica. Los datos ofrecen cruciales nuevas perspectivas en el extremo de la "edad oscura", cuando la primera generación de estrellas comenzaron a brillar. El brillo de esas estrellas que crean una niebla fina de electrones en el gas circundante que dispersa las microondas, en mucho la misma niebla de manera dispersa las vigas de los faros de un automóvil.

 

"Ahora tenemos evidencia de que la creación de esta niebla era un proceso interminable, comenzando cuando el universo tenía unos 400 millones de años y duraderos para medio miles de millones de años," dijeron el equipo WMAP  a miembro Joanna Dunkley de la Universidad de Oxford en el Reino Unido y la Universidad de Princeton en Princeton, N.J. "estas medidas son actualmente posibles sólo con WMAP".

 

Una tercera grande es encontrar derivadas de los nuevos datos WMAP restricciones de lugares en las sorprendente ráfaga de crecimiento en la primera billonésima de segundo del universo, llamado "inflación", cuando se hayan creado ondulaciones en el tejido del espacio. Algunas versiones de la teoría de la inflación ahora son eliminadas. Otros han recogido el nuevo soporte.

 

"La nueva regla de datos WMAP muchas ideas principales que tratan de describir el crecimiento reventar en el universo temprano," dijo el investigador principal de WMAP, Charles Bennett, de la Universidad Johns Hopkins en Baltimore, MD. "Resulta sorprendente que negrita predicciones de eventos en los primeros momentos del universo pueden encontrarse con mediciones sólidas".

 

Los datos WMAP cinco años fueron liberados esta semana, y los resultados se publicaron en un conjunto de siete artículos científicos presentados en el Astrophysical Journal.

 

Antes del lanzamiento de los nuevos datos de cinco años, WMAP ya había hecho un par de hallazgos de hito. En 2003, la determinación de la sonda que hay un gran porcentaje de la energía oscura en el universo borrados quedan dudas sobre la existencia de energía oscura. Ese mismo año, WMAP destaca también la edad de 13 mil 700 millones de años del universo.

 

Instituciones de equipo de ciencia WMAP adicionales son: el Instituto canadiense de astrofísica teórica, Columbia University, University of British Columbia, sistemas ADNET, Universidad de Chicago, Brown University y UCLA.

Una explicación para la energía oscura es que es una propiedad del espacio. Albert Einstein fue la primera persona en darse cuenta que el espacio vacío no es nada. El espacio tiene propiedades sorprendentes, muchos de los cuales están empezando a entenderse. La primera propiedad que Einstein descubrió es que es posible que nazcan más espacio. A continuación, una versión de la teoría de la gravedad de Einstein, la versión que contiene una constante cosmológica, hace una predicción de la segunda: "espacio vacío" puede poseer su propia energía. Porque esta energía es una propiedad de espacio propio, no podría ser diluida cuando el espacio se expande. Cuanto más espacio entra en existencia, al parecer más de esta energía del espacio. Como resultado, esta forma de energía causaría que el universo se ampliara cada vez más rápido. Desafortunadamente, nadie entiende por qué la constante cosmológica incluso debería estar ahí, mucho menos por eso tendría exactamente el valor correcto para causar la aceleración observada del universo.

 

Otra explicación de cómo el espacio adquiere energía proviene de la teoría cuántica de la materia. En esta teoría, "espacio vacío" está realmente lleno de partículas ("virtuales") temporales que continuamente se forman y desaparecen. Pero cuando los físicos intentaron calcular cuánta energía esto daría espacio vacío, la respuesta salió mal - mal por mucho. El número salió 10120 veces demasiado grande. Eso es un 1 con 120 ceros después. Es difícil obtener una respuesta tan mala. Así que el misterio continúa.

 

Otra explicación para la energía oscura es que es un nuevo tipo de fluido de energía dinámica o campo, algo que llena todo el espacio pero algo cuyo efecto sobre la expansión del universo es lo opuesto de la materia y la energía normal. Algunos teóricos han llamado este "quintaesencia", tras el quinto elemento de los filósofos griegos. Pero, si la respuesta es quintaesencia, todavía no sabemos lo que es, lo que interactúa con, o por qué existe. Así que el misterio continúa.

 

Una última posibilidad es que la teoría de Einstein de la gravedad no es correcta. Que no sólo afectará a la expansión del universo, pero también afectaría la manera en que se comportaron de materia normal en galaxias y cúmulos de galaxias. Este hecho proporcionaría una forma de decidir si la solución del problema de la energía oscura es una nueva teoría de la gravedad o no: pudimos observar cómo las galaxias se juntan en clusters. Pero si salen que es necesario una nueva teoría de la gravedad, ¿qué tipo de teoría sería? ¿Cómo podría lo que correctamente describen el movimiento de los cuerpos del sistema Solar, como la teoría de Einstein es conocida por hacer y todavía nos dan la predicción diferente del universo que necesitamos? Hay teorías de candidatos, pero ninguno son convincente. Así que el misterio continúa.

 

LA IMAGEN DE ABAJO SE AGRANDA SI HACES CLICK SOBRE ELLA ( EL QUELONIO)

 

Lo que se necesita para decidir entre las posibilidades de la energía oscura - una propiedad del espacio, un nuevo fluido dinámico o una nueva teoría de la gravedad - es más datos, mejores datos.

 

 

 

 

 

 

 

Credit: NASA, ESA, CFHT, CXO, M.J. Jee (University of California, Davis), and A. Mahdavi (San Francisco State University)

 

¿Qué es la materia oscura?:

 

Encajando un modelo teórico de la composición del universo el conjunto combinado de observaciones cosmológicas, los científicos han surgido con la composición que describimos anteriormente, ~ 70% de energía oscura, materia oscura ~ 25% ~ 5% de materia normal. ¿Qué es la materia oscura?

 

Estamos mucho más seguros qué materia oscura no es lo que nosotros cremos lo que es. En primer lugar, es oscuro, lo que significa que no es en forma de estrellas y planetas que vemos. Las observaciones muestran que hay demasiada poca materia visible en el universo de el 25% requerido por las observaciones. En segundo lugar, no es en forma de nubes oscuras de materia normal, materia formada por partículas llamadas bariones. Lo sabemos porque seríamos capaces de detectar nubes bariónica por su absorción de la radiación cuando pasa a través de ellos. En tercer lugar, oscuro asunto no es antimateria, porque no vemos los únicos rayos gamma que se producen cuando la antimateria se aniquila con la materia. Por último, podemos descartar grandes tamaño galaxia agujeros negros en base a cuántas lentes gravitacionales que vemos. Altas concentraciones de materia doblan la luz que pasa cerca de ellos de los objetos más alejados, pero no vemos eventos lente lo suficiente como para sugerir tales objetos que conforman la aportación necesaria de 25% de materia oscura.

 

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Credit

X-ray: NASA/CXC/ITA/INAF/J.Merten et al, Lensing: NASA/STScI; NAOJ/Subaru; ESO/VLT, Optical: NASA/STScI/R.Dupke

Una de las colisiones más complicadas y dramáticas entre los cúmulos de galaxias vistos es capturada en esta nueva imagen compuesta de Abell 2744. El azul muestra un mapa de la total concentración en masa (principalmente la materia oscura).

 

Sin embargo, en este momento, todavía hay algunas posibilidades de materia oscura que sean viables. Materia bariónica todavía podría conforman la materia oscura si se fueron todos empatado en enanas marrones o en pequeños y densos pedazos de elementos pesados. Estas posibilidades son conocidas como objetos de halo compacto masiva, o "MACHOs". Pero la opinión más común es que la materia oscura no es bariónica en absoluto, sino que se compone de otras partículas más exóticas como axiones o WIMPS (partículas masivas de interacción débil).

Credito: Nasa Ciencia

 

Traducción, acotaciones y compaginación: El Quelonio Volador