El Sofista: ¿Podríamos estar en el centro de un vacío cósmico?

martes, julio 22, 2008

¿Podríamos estar en el centro de un vacío cósmico?

A gran escala, el universo es homogéneo e isotrópico, lo que significa que sin importar el lugar donde uno esté ubicado, y más allá de nebulosas y cúmulos galácticos ocasionales, el cielo nocturno parecerá aproximadamente el mismo. Naturalmente hay ciertas "agrupaciones" en la distribución de las estrellas y galaxias, pero por lo general la densidad de cualquier lugar será igual a la de cualquier otra ubicación a cientos de años-luz. Este supuesto es conocido como el principio copernicano [o también principio cosmológico]. Cuando fue propusto, los astrónomos previeron la existencia de la elusiva energía oscura, acelerando el alejamiento mutuo de las galaxias y expandiendo de esta manera el universo. ¿Pero qué pasaría si este supuesto fundamental es incorrecto? ¿Qué pasaría si nuestra región del espacio es única en tanto que estamos ubicados en un lugar donde la densidad promedio es mucho más baja que en otras regiones del espacio?

¿Es única nuestra región del espacio? ¿Es un vacío? ¿Pueden oír el eco? Crédito: ESO.

De improviso las observaciones de la luz de las supernovas del Tipo Ia no serían anómalas y podrían explicarse a partir del vacío local. Si éste fuera el caso, la energía oscura —o cualquier otra substancia exótica para el caso— dejarían de ser necesarias en la explicación de la naturaleza del universo...

La energía oscura es una energía hipotética que estaría desparramada todo el cosmos y que sería la causa de la expansión observada del universo. Se cree que esta extraña energía explica el 73% del total de energía-masa —esto es, E=mc²— del universo. ¿Pero dónde están las pruebas de la energía oscura? Una de las herramientas principales para medir la expansión acelerada del universo es el análisis del corrimiento al rojo de un objeto distante con un brillo conocido. En un universo lleno de estrellas, ¿qué objeto genera un brillo "estándar"?

El progenitor de una Supernova del Tipo Ia. 1) Dos estrellas normales forman un par binario. 2) La estrella más masiva (en color blanco) se convierte en una estrella gigante... 3) que arroja gas sobre la estrella secundaria (en color amarillo), causando su expansión y luego envolviéndola. 4) La estrella secundaria y más liviana, y el núcleo de la estrella gigante giran en espiral hacia el interior dentro una envoltura común. 5) La envoltura común es expulsado mientras disminuye la separación entre el núcleo y la estrella secundaria. 6) El núcleo remanente de la estrella gigante colapsa y se convierte en una enana blanca. 7) La envejecida estrella acompañante comienza a hincharse y a arrojar gas sobre la enana blanca. 8) Aumenta la masa de la enana blanca hasta que alcanza una masa crítica y explota... 9) causando la expulsión de la estrella acompañante. Crédito: NASA, ESA y A. Field (STScI).

Las supernovas Tipo Ia son conocidas como las "candelas estándar" por esta misma razón. No importa el lugar del universo observable en el que exploten, siempre estallarán con la misma cantidad de energía. Entonces, a mediados de los '90 los astrónomos observaron una Tipo Ia alejada un poco más tenue de lo previsto. Con el supuesto fundamental —puede ser una perspectiva aceptada, pero igual es un supuesto— de que el universo obedece al principio copernicano, esta atenuación del brillo sugirió que había alguna fuerza en el universo que causaba no sólo una expansión sino también una expansión acelerada del mismo. A esta misteriosa fuerza se la llamó energía oscura y actualmente es un punto de vista comúnmente sostenido que el cosmos debe estar colmado de ella para explicar estas observaciones. (Hay muchos otros factores que explican la existencia de la energía oscura, pero éste es un factor crítico.)

En una nueva publicación encabezada por Timothy Clifton, de la Universidad de Oxford, Reino Unido, se analiza la polémica sugerencia de que el ampliamente aceptado principio copernicano es erróneo. Quizá existimos en una única región del espacio donde la densidad promedio es mucho más baja que en el resto del universo. Súbitamente las observaciones de supernovas alejadas dejarían de necesitar a la energía oscura para explicar la naturaleza de la expansión del universo. No harán más falta substancias exóticas, modificaciones a la gravedad o más dimensiones.

Clifton explica las condiciones que podrían explicar las observaciones de supernovas y éstas son que vivimos en una región extremadamente enrarecida, muy cerca del centro, y que este vacío puede estar en una escala del mismo orden de magnitud que el universo observable. Si éste fuera el caso, la geometría del espacio-tiempo sería diferente, lo que afectaría la travesía de la luz de una manera diferente a la esperada. Es más, Clifton incluso llega a afirmar que cualquier observador tiene una alta probabilidad de encontrarse en tal ubicación. Sin embargo, en un universo inflacionario como el nuestro, la probabilidad de ocurrencia de tal vacío es baja, pero de todas maneras debe considerarse. El hecho de que nos encontremos en el medio de una región única del espacio violaría directamente el principio copernicano y tendría implicaciones enormes en todos los ámbitos de la cosmología. Literalmente, sería una revolución.

El principio copernicano es un supuesto en los cimientos mismos de la cosmología. Como lo señala Amanda Gefter de New Scientist, este supuesto debe estar abierto al examen. Después de todo, la buena ciencia no debe parecerse a la religión, en la que un supuesto —o creencia— llega a ser incuestionable. Aunque por ahora el estudio de Clifton es especulativo, plantea algunas preguntas interesantes sobre nuestra comprensión del universo y si estamos dispuestos a poner a prueba nuestras ideas fundamentales.

Fuentes: Ian O'Neill para Universe Today, arXiv:0807.1443v1 [astro-ph], New Scientist Blog (enlaces en inglés).

Entrada relacionada: El final de la cosmología, un artículo que plantea inquietantes consecuencias para la cosmología, ya que un universo en aceleración elimina los vestigios de sus propios orígenes y priva a la cosmología de su objeto de estudio.

Nota auto-referencial: Por si no llevan la cuenta, les comento que esta es la entrada 2¹⁰ del blog. Sí, soy un devoto del sistema binaro. El festejo anterior había sido en esta entrada.