Estudio de microondas hace estallar la burbuja de Hubble

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Artículo publicado por Hamish Johnston el 26 de julio de 2011 en physicsworld.com

La expansión acelerada del universo no puede explicarse a través de que la Tierra resida en un vacío cósmico. Ésta es la conclusión de físicos de China y Estados Unidos, que han demostrado que la radiación del fondo de microondas cósmico (CMB) no ha pasado a través de una “burbuja de Hubble” antes de llegar a la Tierra.

En 1997 la comunidad física quedó impactada cuando un estudio del movimiento de las supernovas lejanas sugirió que la tasa de expansión de universo estaba aumentando con el tiempo – en lugar de decrecer gracias a al tirón hacia dentro de la gravedad. La energía oscura es la misteriosa sustancia que muchos físicos creen que está dirigiendo esta expansión acelerada, pero también se han propuesto otras explicaciones.

Cosmic Microwave Background (CMB) © by Undertow851


Las medidas de esta aceleración dependen del Principio Copernicano – la idea de que el universo es el mismo en todas las direcciones, y que no hay nada especial en la posición de la Tierra en él. El Principio Copernicano podría violarse, no obstante, si la Tierra estuviese en una burbuja de Hubble.

Una burbuja de Hubble es una región que se expande a un ritmo constante pero distinto del resto del universo, que también se expande constantemente. Si la Tierra estuviese en una burbuja de Hubble, habría una aceleración aparente visto desde la Tierra – y no habría necesidad de invocar el concepto de energía oscura.

Dispersión por electrones

Ahora, sin embargo, Pengjie Zhang del Observatorio Astronómico de Shanghái y Albert Stebbins de Fermilab han analizado el CMB y han demostrado que tal burbuja de Hubble no existe. Examinaron la forma en que los fotones del CMB, que se crearon originalmente 400 000 años tras el Big Bang, se dispersan gracias a los electrones libres en nubes de gas cuando la antigua radiación viaja desde los bordes del universo a la Tierra.

Esta dispersión provoca un cambio en la temperatura del CMB conocido como el efecto cinético Sunyaev Zel’dovich (kSZ). El kSZ da una medida de las distribuciones de densidad y velocidad de los electrones encontrados por el CMB cuando viajan hacia la Tierra.

El Principio Copernicano dice que debido a que las velocidades de los electrones son aleatorias, esto provocará que el kSZ se cancele a lo largo de cualquier línea de visión del universo. No obstante, si la Tierra está en el centro de una burbuja de Hubble, el movimiento relativo de la burbuja respecto al resto del universo debería dar como resultado un desplazamiento global en la temperatura del CMB. Además, el hecho de que los electrones dentro de la burbuja tiendan a agruparse en cúmulos de gas, indica que el kSZ también sería diferente en distintas direcciones.

El efecto se espera que sea muy pequeño (aproximadamente una parte entre 100 000) y sólo detectable en escalas angulares muy pequeñas (aproximadamente un minuto de arco). Tales medidas ya se han realizado usando tanto el Telescopio de Cosmología de Atacama (ACT) y el Telescopio del Polo Sur (SPT) y ahora Zhang y Stebbins han demostrado que no contienen pruebas de una burbuja de Hubble.

Nulo y vacío

La burbuja de Hubble es sólo uno de los varios modelos de “vacío” que sacrifican el Principio Copernicano para explicar la expansión acelerada del universo. De acuerdo con Zhang y Stebbins, cualquier modelo de vacío que describe las observaciones de supernovas también sería detectable en el kSZ y, por tanto, su trabajo refuta la mayor parte de modelos de vacío.

Además de respaldar la explicación de la energía oscura, este último trabajo también nos habla de la naturaleza de esta misteriosa entidad, de acuerdo con Stebbins. “Si la energía oscura no es uniforme, como normalmente se asume, entonces podría verse esto en las anisotropías del CMB de una forma similar a la de los modelos de vacío”, comenta a physicsworld.com

Ethan Vishniac de la Universidad McMaster en Canadá, que no estuvo implicado en este último trabajo, describe la investigación como “un argumento genérico muy poderoso contra el modelo de burbuja de Hubble; es difícil ver alguna fisura”.

Se informa de dicho trabajo en Phys. Rev. Lett. 107 041301.


Autor: Hamish Johnston
Fecha Original: 26 de julio de 2011
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