Una nueva regla para la nueva física

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Actualmente se cree que la mejor explicación para el nacimiento del Universo es que nació hace unos 13.800 millones de años en la salvaje, maravillosa y esencialmente misteriosa inflación exponencial del Big Bang. partícula elemental para alcanzar el tamaño macroscópico en la fracción más pequeña de un segundo. El espacio-tiempo se ha vuelto más y más grande, más frío y más frío desde su estado original, cálido y fuerte, a una expansión mucho más lenta hacia su propio destino. Vivimos en un universo misterioso, la mayoría de los cuales no son visibles, y creemos que su ritmo actual de expansión se debe a una cosa extraña llamada Energía negra Energía oscura generalmente se considera una propiedad de Space, y apareció por primera vez en los cálculos de Albert Einstein Teoría de la relatividad general (1915).

Sin embargo, mucho, muchos sabemos más acerca de nuestro universo que lo que se conoce. En febrero de 2018, los astrónomos anunciaron que habían usado la NASA Telescopio espacial Hubble (HST) hacer las mediciones más precisas de la tasa de expansión del Universo desde su primer cálculo, hace casi un siglo. Los resultados intrigantes de estas nuevas medidas están obligando a los astrónomos a considerar que pueden ver evidencia fascinante de algo increíble en el trabajo en el Cosmos.

Eso es porque el HST Las mediciones confirman una discrepancia preocupante, que revela que el Universo está actualmente creciendo más rápido de lo que predicen los científicos, en función de su trayectoria observada poco después del Big Bang. Los astrónomos ahora sugieren que hay una nueva física para explicar esta inconsistencia.

"La comunidad realmente está lidiando con la comprensión del significado de esta brecha", dijo el Dr. Adam Riess, investigador principal y premio Nobel, el 22 de febrero de 2018. Comunicado de prensa de Hubblesite. Dr. Riess es de Instituto Científico del Telescopio Espacial (STScl) y la Universidad Johns Hopkins, ambas en Baltimore, Maryland.

El equipo del Dr. Riess, que también incluye al Dr. Stefano Casertano (también de STScl y Johns Hopkins), utilizó el famoso El Telescopio Espacial Hubble durante media docena de años para especificar medidas de distancias a las galaxias, usando sus estrellas constituyentes como marcas de distancia. Estas medidas se usan para calcular qué tan rápido pasa el Universo a lo largo del tiempo, un valor llamado Constante de Hubble. El nuevo estudio del equipo ha aumentado el número de estrellas analizadas a distancias 10 veces mayores en el espacio que antes. HST resultados.

Sin embargo, el nuevo valor del Dr. Riess plantea un problema debido al conflicto entre este valor y el valor esperado de las observaciones de la expansión del Universo primordial, 378 000 años después del Big Bang: la explosión violenta. el nacimiento creó el universo hace casi 14 mil millones de años. Estas medidas fueron llevadas a cabo por El satélite Planck de la Agencia Espacial Europea (ESO) , que mapea el fondo de microondas cósmico (CMB). la CMB es la remanencia reliquia del Big Bang mismo, y revela maravillosos secretos desde el comienzo del Universo a los ojos curiosos de científicos curiosos. La diferencia entre los dos valores conflictivos es de alrededor del 9%. El nuevo HST las medidas ayudan a los científicos a reducir el riesgo de que la brecha entre los valores sea una mera coincidencia con 1 en 5,000.

la Satélites de Planck los resultados predicen que el Constante de Hubble el valor ahora debe ser de 67 kilómetros por segundo por megaparsec, que está a 3.3 millones de años luz de distancia, y no puede exceder los 69 kilómetros por segundo por megaparsec. Esto básicamente indica que por cada 3.3 millones de años luz de distancia, una galaxia distante viene de nosotros, moviéndose 67 kilómetros por segundo más rápido.

Sin embargo, el Dr. Riess & # 39; el equipo encontró algo más. Lo que encontraron fue un valor de medición diferente de 73 kilómetros por segundo por megaparsec. Por supuesto, el ritmo es mucho más rápido de lo esperado. Esto significa que las galaxias están galopando a través del espacio-tiempo más rápido de lo que indicaban las observaciones del viejo universo.

De hecho, el HST los datos son tan precisos que los astrónomos no pueden simplemente eliminar la brecha inquietante, inquietante e increíblemente intrigante entre los dos resultados diferentes como meros errores en una única medida o método. Como explicó el Dr. Riess el 22 de febrero de 2018 Comunicado de prensa de Hubblesite: "Ambos estudios han sido probados de múltiples maneras, por lo tanto, a menos que haya una serie de errores no relacionados, es cada vez más probable que esto no sea un error, sino una característica del mismo. ; universo ".

El universo se precipita a través de su espacio hacia su propia pérdida

Los observadores estelares han observado el cielo nocturno estrellado sobre la Tierra durante miles de años y han formulado varias preguntas con respecto a la edad y el tamaño del Universo. ¿El universo termina en algún lugar? ¿Tiene una ventaja, o dura siempre en una eternidad inimaginable? ¿Nuestro universo tiene un comienzo? Y si nuestro universo tuviera un comienzo definido y diversificado, ¿conocería también un final final fatal?

En 1929, Edwin Hubble (cuyo famoso telescopio espacial se llama), realizó el importante descubrimiento que allanó el camino para respuestas verdaderamente científicas a estas preguntas filosóficas anteriores. Edwin Hubble descubrió, mientras trabajaba como astrónomo en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) en Pasadena, que el Universo está creciendo. Antes de que Hubble hiciera su descubrimiento, la mayoría de los científicos pensaban que el universo es a la vez estático e inmutable y, por lo tanto, no se expande.

Los filósofos antiguos fueron los primeros en hacer preguntas sobre la naturaleza del cosmos. Por ejemplo, los antiguos griegos entendieron que era difícil imaginar cómo sería un universo infinito. Sin embargo, también reflexionaron sobre la pregunta desconcertante de que, si el Universo estuviera terminado y hubieras dejado sus límites, ¿dónde terminarías? Los antiguos griegos dos preguntas sin respuesta han creado una paradoja. El universo tenía que ser finito o infinito y los dos escenarios opuestos presentaban dos problemas extremadamente difíciles.

Después del advenimiento de la astronomía científica moderna, otra paradoja se apoderó de los astrónomos. A principios de 1800, el astrónomo alemán Heinrich Olbers propuso que el Universo tenía que estar terminado. Esto se debe a que, según Olbers, si el Universo fuera infinito y albergara estrellas en su extensión infinita, entonces, si estuvieras mirando el cielo en una dirección particular, tu línea de visión podría basarse en el superficie de una estrella. Aunque el tamaño de la apariencia de una estrella brillante en el cielo se hace cada vez más pequeño a medida que aumenta la distancia a esa estrella en particular, el brillo de esta superficie estelar más pequeña permanece constante. Por lo tanto, de acuerdo con esta línea de razonamiento, si el Universo fuera infinito, toda la superficie del cielo nocturno debería ser tan brillante y brillante como la superficie de una estrella. Por supuesto, este no es el caso. Obviamente hay bandas oscuras en el cielo nocturno de nuestro planeta. Por lo tanto, razonó Olbers, el universo tenía que estar terminado.

Isaac Newton se dio cuenta de que la gravedad siempre es atractiva cuando descubre la ley de la gravedad. Cada objeto en el universo se une a todos los demás objetos. Imagine el resultado de eso si, de hecho, el Universo ha terminado. Obviamente, la atracción gravitatoria mutua de todos los objetos que viven en el Universo debería haber causado que todo el Universo caiga sobre sí mismo. Por supuesto, esto no sucedió y los astrónomos se encontraron con esta paradoja realmente difícil.

Albert Einstein, mientras desarrollaba su Teoría general de la relatividad, también creía que había sido atrapado con este problema aparentemente insuperable. Las ecuaciones de Einstein han demostrado que el Universo debería colapsar o crecer. Sin embargo, como otros físicos de su tiempo, Einstein pensó que el universo es estático y que su solución original contenía un término constante: constante cosmológica . la constante cosmológica anuló cuidadosamente los efectos de la gravedad en escalas más grandes y se resolvió en el universo estático deseado. Después de que Hubble descubriera que el Universo no era estático, sino que se estaba expandiendo, Einstein lo habría llamado constante cosmológica su mayor error.

Los telescopios más grandes se construyeron aproximadamente al mismo tiempo, y pudieron medir estrictamente fantasmas (la intensidad de la luz según la longitud de onda) objetos oscuros. Los astrónomos, utilizando estos datos recién adquiridos, han intentado comprender la miríada de fallas, objetos nebulosos que ahora se pueden ver con los nuevos telescopios. Entre 1912 y 1922, el astrónomo Vesto Slipher de la Observatorio Lowell Arizona descubrió que el espectro de luz que viajaba desde muchos de estos objetos se desplazaba sistemáticamente a longitudes de onda más largas. (Corrimiento al rojo) . Poco después, otros astrónomos pudieron demostrar que estos nebulosos objetos de falla eran galaxias distantes más allá de las nuestras. Nuestra galaxia espiral, la Vía Láctea, no era una isla en absoluto, como lo habíamos pensado anteriormente, estaba llena de empresas. De hecho, nuestra galaxia es solo uno de los miles de millones que cruzan la banda relativamente pequeña del Universo que podemos observar: el Universo observable Cualquier cosa que pueda ir más allá Universo observable está más allá del horizonte de nuestra visibilidad porque la luz que emerge de estas regiones increíblemente remotas no ha tenido tiempo de unirse a nosotros desde el Big Bang hace casi 14 mil millones de años. Ninguna señal conocida puede viajar más rápido que la luz en el vacío, y la velocidad de la luz, por lo tanto, limita sustancialmente la velocidad.

Durante esta misma era altamente productiva de la historia de la astronomía, otros matemáticos y físicos que trabajan en Einstein Relatividad general, encontró que las ecuaciones contenían soluciones que describen un universo en expansión. En estas soluciones, la luz que fluye desde objetos distantes sería desplazada hacia el rojo mientras él transmitía su burbujeante manera a través de la expansión de Spacetime. Entonces, el corrimiento al rojo aumentaría con la eliminación del objeto que emite luz.

En 1929, Edwin Hubble midió el redshifts muchas galaxias distantes. También continuó midiendo sus distancias relativas midiendo el brillo de apariencia de una clase especial de estrellas variables llamado Cefeidas Habitando cada galaxia. Cuando Hubble dibujó corrimiento al rojo contra la distancia relativa descubrió que el corrimiento al rojo las galaxias distantes aumentaron como una función lineal de su distancia. Podría haber una sola explicación para esta observación: el universo se está expandiendo

Cuando los astrónomos se dieron cuenta de que el Universo se estaba expandiendo, inmediatamente se dieron cuenta de que tenía que ser más pequeño en el pasado. En el pasado, calcularon que todo el Universo habría sido un solo punto. Este punto, más tarde llamado el Big Bang, Fue el comienzo, el nacimiento, del Universo como lo entendemos hoy.

Por lo tanto, el universo es finito, tanto en el espacio como en el tiempo. La razón por la cual el Universo no colapsó sobre sí mismo, como lo indican las ecuaciones de Newton y Einstein, es que fue desarrollado desde el nacimiento. El universo cambia constantemente, no es estático. El Universo en expansión, una idea relativamente nueva en la física moderna, puso fin a las persistentes paradojas que atormentaron las noches de insomnio de muchos científicos, desde la época de los filósofos hasta principios del siglo XX.

Vivimos en un universo misterioso, la mayoría de los cuales no son visibles para nosotros. Las galaxias, cúmulos de galaxias y supercúmulos de galaxias están todos incrustados en halos compuestos de una extraña forma transparente de materia no atómica que los científicos llaman materia oscura Este material no identificado es mucho más abundante que la materia atómica que forma el Universo que conocemos: estrellas, planetas, lunas, árboles y humanos, por ejemplo. En grandes escalas, todo el Universo se ve igual cuando volteamos los ojos, mostrando una apariencia burbujeante y burbujeante, materia negra filamentos que se retuercen y se envuelven entre sí, tejiendo una estructura parecida a una tela (apropiadamente) Web cósmica Aunque invisible, los filamentos de la Web cósmica están subrayados por el brillo seductor de una multitud de fuegos estelares. Las estrellas trazan láminas de inmunidad y trenzas entrelazadas que albergan galaxias estelares estelares Universo observable

La temperatura a través de la bola de fuego de origen Big Bang era casi pero no estrictamente uniforme. Esta exquisita variación de uniformidad exacta es responsable de la formación de todo lo que somos y todo lo que podemos saber. Antes del período de inflación Sucedió, el parche extremadamente pequeño de tamaño elemental y tamaño de partícula -que se amplió para convertirse en el Universo- era completamente homogéneo, liso y parecía ser el mismo en todas las direcciones. El período primitivo de inflación se cree que explica cómo este parche homogéneamente homogéneo comenzó a reverberar. Las pequeñas fluctuaciones, las ondas primordiales en el espacio-tiempo, ocurrieron en las unidades más pequeñas que se pueden medir (Quantum) . inflación explica cómo estos cuántico las fluctuaciones en el universo del bebé a menudo se convierten en estructuras a gran escala como galaxias, cúmulos de galaxias y supercúmulos. Dondequiera que miremos cuando miremos al Universo, vemos exactamente lo mismo. Esto ha sido interpretado para significar que en una era extremadamente antigua todo fue aplastado en un punto muy pequeño donde todo estaba en contacto con todo lo demás. En el nacimiento de Spacetime, cada región estaba en contacto con todas las demás regiones.

Imagine el universo como un pan en crecimiento de semillas de amapola. A medida que la masa de levadura comienza a subir (hincharse), las semillas de amapola se vuelven cada vez más distantes entre sí. Si este drama de cocina se jugara al revés, la masa se contraería y todas las semillas de amapola se superpondrían.

Envuelto en la oscuridad

El Dr. Adam Riess sugiere algunas declaraciones potenciales para la expansión del Universo, más rápida de lo esperado, y todas están relacionadas con el 95% del Cosmos que está rodeado de oscuridad misteriosa. Una de las posibilidades propuestas por el Dr. Riess es que energía negra, quien ya es conocido por ser acelerar La expansión del Universo podría alejar a las galaxias con una fuerza aún mayor, si no creciente. Esto básicamente significa que la aceleración misma puede no tener un valor constante. En cambio, la expansión acelerada del universo puede cambiar con el tiempo. El Dr. Riess compartió el Premio Nobel de Física por el descubrimiento en 1998 de la expansión acelerada de Spacetime.

Otra propuesta sugiere que el Universo alberga una nueva partícula subatómica que vuela a través del espacio-tiempo casi a la velocidad de la luz. Tales partículas galopantes se denominan colectivamente "radiación oscura", e incluye partículas previamente desconocidas como neutrinos. neutrinos se forman en reacciones nucleares y decaimientos radioactivos. A diferencia de una normal neutrinos que interactúa por una fuerza subatómica, la nueva partícula estaría influenciada solo por la gravedad. Esa es la razón por la que lo llamamos "neutrino estéril".

Otra propuesta (particularmente interesante) es que el invisible no atómico materia negra las partículas interactúan más fuertemente con la materia atómica normal (llamada "ordinaria") de lo que se suponía anteriormente.

Cada una de estas teorías cambiaría el contenido del Universo primordial, lo que llevaría a inconsistencias en los modelos teóricos. Estas incoherencias darían como resultado un valor incorrecto para el Hubble Constant, como se calcula a partir de las observaciones del universo del bebé. El valor sería diferente del HST observaciones.

Hasta ahora, el Dr. Riess y sus colegas no tienen respuesta a este problema persistente. Sin embargo, su equipo planea continuar perfeccionando la tasa de expansión del Universo. En este punto, Dr. Riess & # 39; equipo, llamado Supernova H0 para el Ecuación de estado (ZAPATOS) , redujo la incertidumbre al 2.3%. antes HST fue lanzado en 1990, las estimaciones de la Constante de Hubble aplazado por un factor de dos. Uno de los HST & # 39; s El objetivo principal fue ayudar a los astrónomos en sus esfuerzos por reducir el valor de la incertidumbre a un error de solo el 10%. Desde 2005, el grupo ha tratado de refinar la precisión de Constante de Hubble a una precisión que permite una mejor comprensión del comportamiento misterioso del Universo.

El equipo de astrónomos ha logrado refinar el valor de la Constante de Hubble fortaleciendo y racionalizando la construcción de escala de distancia cósmica . Los astrónomos usan el escala de distancia cósmica medir con precisión las distancias a las galaxias cerca y lejos de nuestro planeta. Los astrónomos han comparado estas distancias con la expansión del espacio-tiempo, medida por el estiramiento de la luz en movimiento que escapa de las galaxias lejos de la Tierra. Los científicos luego usaron la velocidad de salida de las galaxias del observador a cada distancia para calcular Hubble Constant.

Sin embargo, el valor de Constante de Hubble es tan preciso como la precisión de las mediciones. Para obtener la precisión necesaria, los astrónomos han elegido clases especiales de estrellas y supernovas para utilizarlas como puntos de medición cósmica o puntos de medición para medir con precisión las distancias galácticas.

Variable cefeida Las estrellas son los criterios más confiables para ser utilizados por los astrónomos para medir distancias más cortas. Variables cefeidas son estrellas pulsantes que se iluminan y oscurecen a velocidades correspondientes a su brillo intrínseco. Por lo tanto, sus diferencias pueden calcularse comparando su brillo intrínseco con el brillo de apariencia observado en nuestro planeta.

Más reciente HST el resultado se basa en mediciones de paralaje de ocho nuevos estudios Cefeidas en nuestra propia galaxia de la Vía Láctea. Estas estrellas variables son aproximadamente 10 veces más distantes que las estudiadas previamente Cefeidas, ubicado entre 6.000 años luz y 12.000 años luz de la Tierra, lo que los hace más difíciles de medir. estos Cefeidas pulso a intervalos más largos, al igual que el Cefeidas observado por HST habitando galaxias distantes que albergan otro criterio cósmico confiable – estrellas brillantemente explosivas llamadas Supernovas tipo Ia Este tipo particular de supernova se enciende con un brillo uniforme y es lo suficientemente deslumbrante como para ser observado desde más lejos. Temprano HST observaciones estudiadas 10 parpadeo más rápido Cefeidas ubicado a 300 años luz a 1600 años luz de la Tierra.

Para medir el paralaje con HST , los astrónomos tuvieron que determinar las pequeñas oscilaciones invisibles del Cefeidas causado por la órbita de la Tierra alrededor de nuestro Sol. Estas pequeñas oscilaciones son aproximadamente del tamaño de 1/100 de un píxel en la cámara del telescopio espacial, aproximadamente del mismo tamaño que un grano de arena visto por un observador a 100 millas de distancia.

Por lo tanto, para garantizar la precisión de las mediciones, los científicos han desarrollado un método ingenioso desconocido en ese momento. HST Ha sido lanzado. Los astrónomos han desarrollado un método de escaneo en el que HST midió la posición de una estrella mil veces por minuto cada seis meses durante cuatro años.

El equipo luego calibró el brillo verdadero de las ocho pulsaciones Cefeidas y correlacionarlos con sus hermanos más distantes para reducir las imprecisiones en su escala de distancia. Entonces los astrónomos compararon el brillo de la Cefeidas y supernovas en estas galaxias con mayor confianza. De esta forma, podrían medir con mayor precisión el brillo real de la estrella, por lo tanto, calcular con mayor precisión las distancias entre cientos de supernovas en galaxias distantes.

La nueva técnica involucra HST deslizándose lentamente sobre una estrella específica, obteniendo así la imagen como un rastro de luz. La ventaja de esta técnica hace que sea posible medir repetidamente los desplazamientos extremadamente pequeños resultantes de la paralaje. Los astrónomos miden la separación entre dos estrellas, no solo en un punto de la cámara, sino una y otra vez miles de veces, lo que reduce los errores de medición.

El objetivo del equipo es reducir aún más la incertidumbre mediante el uso de los datos obtenidos HST y el Gaia Space Observatory de la Agencia Espacial Europea (ESA). Esto medirá las posiciones y distancias de las estrellas variables con precisión no representada.

Como dijo el Dr. Casertano el 22 de febrero de 2018 Comunicado de prensa de Hubblesite: "Esta precisión es lo que se necesitará para diagnosticar la causa de esta discrepancia".

La nueva investigación será publicada en La revista astrofísica.

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