¿El universo se expande de forma asimétrica?

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Artículo publicado por Estelle Asmodelle el 26 de septiembre de 2011 en Cosmos Magazine

Recientes exámenes de la velocidad de supernovas sugieren que el universo puede estar expandiéndose de manera no uniforme en su aceleración, lo que implica que las leyes de la física puede variar a través del cosmos.

Los físicos que trabajan con el conjunto de datos Union2 del Proyecto de Cosmología de Supernovas (Supernova Cosmology Project), han sugerido que la expansión del universo parece mostrar un eje preferente, lo que significa que el universo se está expandiendo más rápidamente en una dirección que en cualquier otra.

Crédito: NASAblueshift


Esta expansión asimétrica se conoce como anisotropía, que es la propiedad de ser dependiente direccionalmente, y difiere de la isotropía, que implica propiedades idénticas en todas las direcciones.

El resultado es inconsistente con el modelo cosmológico estándar, que se basa en el principio cosmológico que requiere que el universo sea isotrópico y homogéneo, a saber: que tenga la misma estructura y principios subyacentes que operen en todos sitios, y parezca idéntico en todas las direcciones.

Desafiando la comprensión isotrópica

Publicado a principios de 2010, el conjunto de datos Union2 consta de 557 supernovas de Tipo 1a – las supernovas más brillantes conocidas, que son el resultado de las violentas explosiones de estrellas enanas blancas en el final de sus vidas.

A finales de 2010, dos cosmólogos de la Universidad de Ioannina, en Grecia, publicaron un desafío al principio cosmológico en Journal of Cosmology and Astroparticle Physics proporcionando pruebas estadísticas que apoyan la idea de un eje preferente de expansión.

A principios de este mes otro de tales desafíos se publicó en la página web de arXiv por parte de Rong-Gen Cai y Tuoy Zhong-Liang, cosmólogos del Instituto de Física Teórica de la Academia China de Ciencias. Su artículo también explora la expansión acelerada no uniforme del cosmos.

“Este resultado actual es muy interesante, dado que una de las ideas clave que subyacen a nuestra comprensión del universo es que es isotrópico y que debería tener el mismo aspecto en todas las direcciones”, comentó el astrofísico Geraint Lewis de la Universidad de Sídney.

“En los próximos años, el número de observaciones de supernovas lejanas se incrementará y se sabrá a ciencia cierta si este resultado es correcto”.

El modelo cosmológico actual

Desde el descubrimiento de la aceleración cósmica en 1998, respaldado por las observaciones de las supernovas de tipo Ia (SNIa) que eran más débiles de lo esperado, estas explosiones estelares se han convertido en una herramienta importante en la determinación de los parámetros cosmológicos y la tasa de expansión de nuestro universo.

Se forjó un modelo cosmológico estándar mediante consenso general de físicos y cosmólogos, utilizando el análisis conjunto de datos de SNIa en combinación con otras observaciones, tales como la estructura a gran escala del universo y el fondo cósmico de microondas (CMB) – la radiación térmica que se cree que impregna nuestro universo observable.

El modelo actual sugiere que las leyes de la física son las mismas para todos los lugares del universo – excepto en los lugares extremos, como el interior de un agujero negro – y la expansión acelerada del universo sucede de manera uniforme, adhiriéndose a la isotropía y homogeneidad, que es esencialmente el principio cosmológico.

¿Socavando el principio cosmológico?

Estos nuevos estudios – de verificarse – significarían que las leyes de la física puede variar dependiendo de dónde te encuentres en el universo, lo que haría extremadamente difícil de comprender plenamente la evolución del universo y sus orígenes.

Por ejemplo, si las leyes de la física fuesen diferentes en otras partes, significaría que todo lo que entendemos sobre la naturaleza quedaría limitado a nuestra pequeña parte del universo y el resto del cosmos seguiría siendo un enigma.

Ambos equipos llevaron a cabo un análisis del hemisferio, comparando velocidades de supernovas en el hemisferio norte respecto a las del hemisferio sur. Estos hemisferios se definieron a partir del plano orbital galáctico de la Vía Láctea como ecuador de referencia.

El análisis determinó un eje preferente de anisotropía en el hemisferio norte. Esto sugiere que una parte del cielo del norte representa una parte del universo que se expande hacia el exterior, con una aceleración mayor que en otros lugares.

En lugar de un universo en expansión, similar a una burbuja esférica perfecta, sería más como una expansión en forma de huevo o asimétrica, lo que significa que el extremo visible de nuestro universo observable estaría a distinta distancia en función de la dirección.

Análisis estadístico

Ambos equipos han declarado que el análisis estadístico no se corresponde necesariamente con resultados significativos, pero refuerza sus resultados apelando a otras anomalías en los datos del fondo cósmico de microondas (CMB).

De forma aislada, los resultados no son estadísticamente significativos, pero poniendo todas estas anomalías en conjunto, surge de alguna manera un significado consolidado que no era evidente en el aislamiento. En otras palabras, cada pequeño elemento de los estudios no es significativo por sí mismo, pero junto a muchos otros elementos surge, en efecto, un resultado significativo.

Otros investigadores, como el cosmólogo John Webb de la Universidad de Nueva Gales del Sur en Sídney, están trabajando en problemas similares. “Hay varias observaciones independientes que apuntan hacia grandes desviaciones de la isotropía. Por lo tanto, permanece la posibilidad de que el principio cosmológico sea sólo aproximadamente correcto”.

Es demasiado pronto para decir si estos resultados son definitivos. Otros investigadores tienen distintas opiniones en cuanto a cuál podría ser el origen de la anisotropía, o la propiedad de ser dependiente de la dirección.

Tamara Davis es la cosmólogo principal del equipo Australian WiggleZ Dark Energy Survey y mantiene reservas: “Parece sospechoso que la alineación sea directamente perpendicular a la Vía Láctea, por lo que bien puede ser un efecto de la observación que no comprendemos bien.

Además, los resultados son consistentes con el modelo de energía oscura, que ha sido confirmado recientemente por nuestro equipo, pero son incompatibles con las primeras semillas de la fluctuación del universo”, comentó.


Autor: Estelle Asmodelle
Fecha Original: 26 de septiembre de 2011
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