La crisis de la expansión del Universo se agudiza

Nuevas medidas ahondan las discrepancias sobre la constante de Hubble y sugieren un nuevo modelo cosmológico

 

 

El Universo se expande desde hace miles de millones de años, tras su origen en la Gran Explosión, pero ¿a qué velocidad lo está haciendo ahora? Ese es el problema importante que tienen los astrónomos y los cosmólogos e ignorarlo no sirve de nada si los datos disponibles, como sucede en este caso, son tozudos pero diferentes según el método de medida. Hay algo que se escapa a los científicos y podría ser algo crucial, que indicara que el modelo de evolución del Universo no es correcto en su totalidad.

Hace unos días se hicieron públicos los resultados de uno de los últimos estudios sobre el valor de la constante de Hubble, que representa el ritmo al que la velocidad de expansión del Universo varía con la distancia, un estudio liderado por la prestigiosa Wendy Freedman que había creado expectación en el sector. Sin embargo, el hecho es que este trabajo y otros recientes no han resuelto nada. El valor que ha obtenido el de Freedman para la constante está entre los dos más aceptados obtenidos antes, lo que complica todavía más las cosas.

El tema ha sido el principal que se ha debatido, y acaloradamente, en una reunión de alto nivel a finales de julio en California, organizada por el Instituto Kavli de Física Teórica. La constante de Hubble lleva el nombre de Edwin Hubble, el astrónomo que en los años 20 del siglo pasado descubrió que cuanto más lejos se observa en el espacio a más velocidad se alejan las galaxias del observador por el aumento del espacio entre ellas.

A poco que cualquiera piense, medir la velocidad a la que se expande el Universo en cada punto no es fácil, pero durante los últimos 100 años los expertos se han dedicado a intentar identificar unidades de distancia. Primero lo hicieron con las estrellas cefeidas y llegaron a un valor de 74 para la constante (el Universo se expande ahora unos 74 kilómetros por segundo más deprisa por cada megapársec o 3,26 millones de años luz de distancia). Ese valor se mantiene muy aproximadamente en estudios mucho más finos y actuales, basados en las tradicionales supernovas algunos pero en cuerpos celestes distintos, como máseres y cuásares, otros. Varios de ellos se acaban de presentar.

El estudio de Freedman, por su parte, se basa en estrellas gigantes rojas y el valor obtenido se acerca mucho a 70. "La constante de Hubble es el parámetro cosmológico que establece la escala, el tamaño y la edad absolutos del Universo. Es una de las formas más directas que tenemos de cuantificar cómo evoluciona", recuerda la astrofísica.

Pero hay que recordar que hace muy pocos años, en 2014, estalló una bomba en este tema, figuradamente. Con los avances tecnológicos en los que la cosmología y la astrofísica siempre están en vanguardia, se pudo obtener un mapa preciso del fondo cósmico de microondas, el eco del Big Bang. Es la radiación emitida muy poco tiempo después de esta gran explosión, que persiste modificada y puede ser medida en cada punto que se observe. El satélite Planck, diseñado para observar esta radiación, dio unos datos supuestamente incontestables que fijaron la constante de Hubble en 67 y la edad del Universo en 13.800 millones de años.

La diferencia (de 74 a 67) era tan grande que la guerra de cifras entre los astrónomos y los cosmólogos estaba servida. Desde entonces, el problema no ha hecho más que agudizarse porque ha aumentado la precisión de las medidas astronómicas y por tanto ha bajado el margen de error. En California, los asistentes hablaron ya de crisis y algunos se lanzaron a especular sobre las posibles razones de esta discrepancia. "La comunidad ha empezado a tomarse este problema muy en serio", declaró Daniel Scolnic a Science News. Scolnic forma parte del equipo de SHOES, liderado por el premio Nobel Adam Riess, que ha presentado uno de los últimos estudios astronómicos sobre la constante de Hubble (les da 74).

Dado que las estimaciones de la expansión del Universo que se basan en sus primeros tiempos, (como es la radiación de microondas) suelen ser más bajas que las que se basan en el Universo cercano y más moderno (como las estrellas), una de las especulaciones es que algo misterioso pasó en los primeros tiempos, como que actuó una energía oscura primitiva, que alteró el ritmo de expansión. Es decir, que los datos cosmológicos no valdrían para estimar la constante de Hubble. A los cosmólogos esto no les gusta mucho porque creen que el modelo estándar del Universo, basado en la teoría de la relatividad de Einstein, es sólido. Y algunos astrofísicos piensan que a partir del año que viene las frecuentes observaciones de ondas gravitacionales con los observatorios LIGO permitirán resolver el problema de una vez por todas.

Otros recuerdan simplemente que esto forma parte de una larga historia de resultados incongruentes en el intento de revelar los secretos del Universo. Hace muy poco (1998) se tuvo que recurrir a la introducción en la ecuación cósmica de una importantísima nueva y misteriosa variable, la energía oscura, para explicar que se había observado que se está acelerando la expansión del Universo. Para los que intentan comprender el lugar en que vivimos la energía oscura representa una incógnita todavía más problemática que la constante de Hubble. Lo seguro es que no se van a quedar sin trabajo pronto.

 

06/08/2019 08:51 Actualizado: 06/08/2019 08:51

Por MALEN RUIZ DE ELVIRA

Un proyecto futurista instalado en el presente

Instalado en la localidad de Malargüe, Mendoza, el Observatorio Pierre Auger es el centro de estudios internacionales sobre la caída de rayos cósmicos al planeta. Representantes de 16 países firmaron la extensión del financiamiento por diez años.


Ayer en el Observatorio Pierre Auger ubicado en Malargüe, Mendoza, los representantes de los 16 países miembros de este proyecto científico firmaron un acuerdo para asegurar financiamiento y extender por diez años el estudio de las mayores energías conocidas del universo: los rayos cósmicos. En el mundo científico sólo una cosa se valora más que la inauguración de un proyecto, y es conseguir que un proyecto tenga continuidad en el tiempo, clave para seguir cosechando logros. En lo que fue un encuentro científico que reunió a más de cien investigadores de Alemania, Estados Unidos, Francia, Italia, Brasil, España, Australia, Eslovenia, Holanda, México, Polonia, y Portugal, entre otros, el Estado argentino se comprometió también a financiar una nueva etapa en este megaexperimento, a través de la Comisión Nacional de Energía Atómica –que apoya desde el principio– y el Ministerio de Ciencia y Tecnología Nacional –que se ha sumado recientemente–. El Observatorio Pierre Auger es la mayor área experimental del mundo, cubierta por un proyecto científico. Se extiende sobre 3000 kilómetros cuadrados, el equivalente a multiplicar 15 veces la superficie de la ciudad de Buenos Aires. Fue iniciado en 1998 y que desde entonces ha logrado resultados de alto impacto en el campo de conocimiento nuevo: la astronomía de partículas. Más de 500 científicos y técnicos de 16 países trabajan en los laboratorios ubicados en esta localidad mendocina para "captar" y entender las partículas ultra energéticas que llegan desde el cosmos, desentrañar sus misterios y su origen. Este proyecto nació para buscar determinar la naturaleza y el origen de los rayos cósmicos de altas energías. Los rayos cósmicos no son otra cosa que partículas veloces que llegan a la Tierra desde el espacio exterior. Los rayos estudiados en Pierre Auger, son protones y núcleos atómicos pesados que inciden sobre la atmósfera terrestre a velocidades cercanas a la de la luz. Llegados a la atmósfera, después de viajar distancias astronómicas, esos núcleos chocan con las moléculas de la atmósfera y producen una cascada de miles de millones de partículas secundarias que llueven sobre la superficie de la Tierra. Los detectores malargüinos, unas 1600 piletas plásticas llenas de agua de máxima pureza, están allí para intentar registrar el paso de esas partículas secundarias. Pero, contrariamente a lo que pudiera pensarse, la detección de rayos cósmicos es un evento más bien infrecuente, solo una vez cada cien años por kilómetro cuadrado, por eso para pescarlos hacen falta grandes superficies, agarrarlos en el momento justo y, si es posible, retenerlos, ver sus efectos secundarios, analizarlos y extraer conclusiones. El ministro de Ciencia Lino Barañao destacó: "Como seres humanos nos interesa saber de qué está hecho el universo, pero también sabemos del valor simbólico de los proyectos de colaboración científica, dado que entendemos que la ciencia abre caminos en el mundo de hoy para superar conflictos o diferencias étnicas o religiosas", subrayó.


"Lo fascinante de esta aventura científica es que para avanzar tenemos que inventar nuestros propios dispositivos, desarrollar con ingenio tecnologías que son completamente innovadoras. Esa audacia y capacidad de nuestros científicos es muy valorada por la comunidad internacional" destacó a Página/12 la investigadora Beatriz García, vicedirectora del Instituto de Tecnologías en Detección y Astropartículas (Iteda Conicet CNEA Unsam). Durante estos años los científicos de la CNEA y los ingenieros de la sede mendocina de la Universidad Tecnológica Nacional han diseñado construido y operado la planta para generar dispositivos clave de los 1600 detectores de superficie. Científicos y técnicos del Conicet que trabajan en la CNEA, han desempeñado también roles importantes de cara a esta segunda etapa. En particular, propusieron las ideas para el nuevo sistema de detectores centelladores de superficie. También llevaron adelante el diseño, ingeniería conceptual y de detalle, y construcción, de los detectores enterrados de muones del nuevo proyecto Amiga (Auger Muons and Infill for the Ground Array).


–Cuáles son los interrogantes que buscan responder en estos próximos diez años? –preguntó Página/12 al físico Alberto Etchegoyen, director del Observatorio Pierre Auger.


–Nuestro trabajo ha traído luz respecto al origen y naturaleza de las energías más altas de la naturaleza, energías mucho más allá de las alcanzadas por el hombre con sus aceleradores en la Tierra como la "Máquina de Dios", el acelerador del CERN de Francia. Pero quedan todavía interrogantes fundamentales por responder. ¿Cuál es la fuerza nuclear involucrada en las violentas colisiones de los rayos cósmicos con la atmósfera? ¿Cómo pueden acelerarse partículas a tan altas energías? ¿Hay una física nueva y desconocida que gobierna este fenómeno? Avanzar en el conocimiento de los rayos cósmicos está abriendo interrogantes nuevos e inesperados, como suele suceder en la ciencia de frontera.


–Además de la tarea propiamente científica este proyecto ha sido un experimento de cooperación...


–Sí, creo que ha redefinido el término 'aventura científica', y ha establecido un nuevo estándar para cooperaciones multi-nacionales y de entrenamiento en investigación. A partir de trabajos realizados en Pierre Auger, más de 250 jóvenes investigadores de distintos países han completado su doctorado, de los cuales 40 son argentinos.


–Muchos cambios, la actividad científica y la radicación de cada vez más proyectos cambió la fisonomía de Malargüe. Ya había, muy cerca, cavernas donde aventurarse en la espeleología, hay también interesantes sitios arqueológicos, pero con la instalación del Observatorio, el municipio ha montado un Planetario digital único en el país, y luego la antena de espacio profundo de la Agencia Espacial Europea (ESA) recientemente instalada para recibir datos de las misiones a Marte, han hecho de esta ciudad un destino de turismo científico.

Las diez mayores sorpresas (hasta ahora) de Plutón

Mientras la nave no tripulada New Horizons se aleja de Plutón en busca de su próximo objetivo, un objeto celeste del cinturón de Kuiper situado casi 1.600 millones de kilómetros más lejos del Sol que el planeta enano, sigue mandando los datos que acumuló cuando lo "rozó" en julio pasado. Esto explica que Alan Stern, director científico de esta misión de la NASA, se guarde las espaldas cuando enumera las diez cosas más sorprendentes que se han descubierto hasta ahora en Plutón, ya que la nave continuará suministrando datos e imágenes durante 10 meses más y puede haber muchas sorpresas todavía.

Una de las cosas que más le sorprenden a Stern es que no se hayan descubierto más lunas de Plutón que las ya conocidas, lo que, por otra parte, deja en muy buen lugar a los que encontraron cuatro pequeñas nuevas lunas mediante el telescopio espacial Hubble antes del paso de New Horizons. Estas se añadieron a la luna Caronte, mucho mayor y ya conocida.


Otra cosa sorprendente, explica Stern en la revista Sky&Telescope, es que Plutón haya resultado tener un diámetro mayor que Eris, el otro planeta enano, aunque por muy poco. Plutón mide 2.374 kilómetros, con un error de 6 kilómetros, mientras que Eris, aunque es mucho más masivo que Plutón, mide 2.326 kilómetros, con un error de 12 kilómetros. El descubrimiento de Eris en 2005 fue la razón principal de que Plutón dejase de ser planeta en 2006, y no se pudo medir con exactitud hasta 2010, cuando pasó por delante de una estrella. "Plutón es el claro rey del cinturón de Kuiper", comenta Stern.

La orografía de Plutón ha brindado otras dos sorpresas. Por un lado, la gran cantidad y altitud de las montañas encontradas, de hasta 4 kilómetros de altura, y por otro, los indicios de que existen dunas en la superficie, algo inesperado porque la atmósfera de Plutón es muy poco densa en la actualidad, aunque pudo serlo mucho más en el pasado.

La atmósfera es el escenario de otro de los grandes descubrimientos. Existen neblinas atmosféricas producidas por partículas similares al hollín que son capaces de producir un cielo azul al salir y al ponerse el Sol, debido al mismo proceso que tiene lugar en la Tierra y que los propios científicos de New Horizons habían descartado para Plutón.

La gran variedad y complejidad del planeta enano en su conjunto ha sorprendido también a los científicos, que ya sabían que se producen cambios, pero no creían que fueran tantos. Para Stern, en vez de ver otro Tritón (el satélite de Neptuno que observó en 1989 la Voyager 2) está emergiendo otro Marte. En cuanto a la actividad, por un lado no se han encontrado géiseres, que sí se dan en Tritón, pero se ha fotografiado una planicie de hielo de 1.000 kilómetros de anchura en la que no se ven cráteres de impacto, lo que indica que se formó hace poco tiempo en la escala geológica y, por tanto, que Plutón sigue teniendo actividad geológica. Finalmente, están los inesperados glaciares, el flujo de hielo de nitrógeno desde un terreno escarpado a una planicie que se ve en algunas áreas en las imágenes.


Una sorpresa muy bienvenida fue la enorme formación geológica en forma de corazón que se pudo discernir cuando la nave estaba todavía a más de 100 millones de kilómetros de distancia. La imagen se convirtió en la mejor embajadora de la misión y la hizo mucho más popular de lo que nadie esperaba.

En cuanto a Caronte, la luna de Plutón que es casi tan grande como este, se ha descubierto en ella una gran e inesperada variedad de rasgos geológicos que indican una compleja historia. Algunos de estos rasgos, como la gran mancha de color marrón en el polo norte, no tienen todavía explicación.

Cuando efectuó el 29 de octubre la última maniobra, hasta ahora, para dirigirse hacia el nuevo objetivo New Horizons navegaba a más de 51.000 kilómetros por hora, estaba a 127 millones de kilómetros de Plutón y a 5.100 millones de kilómetros de la Tierra. Le quedaban 1.450 millones de kilómetros que recorrer hasta alcanzar en 2016 el objeto MU69, que fue descubierto hace solo un año, y todo funcionaba perfectamente. Quizás este perfecto funcionamiento de una nave fabricada en la Tierra y que lleva casi 10 años surcando el espacio en condiciones tan duras pueda considerarse la mayor sorpresa de todas, y se debe a los ingenieros y técnicos que la diseñaron y construyeron.

Miércoles, 28 Abril 2010 06:01

El mayor ojo astronómico

El mayor telescopio óptico del mundo jamás construido tendrá un espejo de 42 metros de diámetro, será europeo, empezará a funcionar en 2018 y supondrá un salto revolucionario en la astronomía. Por ahora se llama simplemente E-ELT (Telescopio Europeo Extremadamente Grande) y es un proyecto del Observatorio Europeo Austral (ESO en sus singlas en inglés). Este organismo científico de 14 países, incluida España, acaba de decidir ubicar este gran ojo astronómico en el cerro Armazones, una montaña del seco desierto de Atacama, en el norte de Chile. La candidatura española para ponerlo en La Palma (Canarias) ha sido rechazada a la vista de los estudios técnicos de lugares posibles y de las ventajas de operar el nuevo telescopio gigante desde el cercano observatorio del cerro Paranal, ya en funcionamiento. Ahora falta que el ESO dé luz verde oficial al proyecto, de unos 1.000 millones de euros, y garantice su completa financiación.

Para comprender el salto tremendo que supone un espejo (área colectora de luz de los astros) de 42 metros de diámetro, basta recordar que los mayores telescopios actuales (hay una docena en funcionamiento) están en el rango de ocho a 10 metros. El espejo del E-ELT tendrá un área 16 veces mayor y podrá hacer mucha ciencia ahora inaccesible. La resolución de este instrumento, además, será 15 veces superior a la del Hubble.

La búsqueda y estudio de pequeños planetas en órbita de otras estrellas diferentes al Sol, la misteriosa energía oscura que acelera la expansión del universo o las galaxias que están a más de 13.000 millones de años luz de distancia son retos clave de los telescopios ópticos de la siguiente generación: el E-ELT y el TMT de EE UU (30 metros de diámetro), que estará en Hawai. Como siempre en ciencia, los descubrimientos inesperados serán especialmente interesantes.

"Tenemos una relación óptima con el equipo del TMT e intercambiamos información, como lo hicimos en el pasado, cuando estábamos haciendo el VLT y colaborábamos con los Gemini, el Subaru... en el Club de los ocho metros", ha explicado a este periódico Massimo Tarenghi, padre del VLT y delegado del ESO en Chile.

¿Serán mejores estos grandes ojos terrestres que el Hubble, o que su sucesor el James Webb (JWST)? Más bien serán complementarios, como lo son ahora los telescopios en el suelo y en órbita.

En el espacio, los telescopios evitan las turbulencias de la atmósfera por la que tiene que pasar la luz de los astros antes de llegar a la superficie terrestre, y sus imágenes tienen una tremenda resolución, con detalles muy finos. Pero a la hora de ver objetos muy lejanos cuya luz llega muy débil a la Tierra, lo que cuenta para ver bien es la mayor superficie captadora de fotones (partículas de luz), y en esto ganan los grandes espejos. No hay que olvidar que hace falta captar suficiente luz de estrellas y de galaxias para poder analizarla y conocer así su composición química y sus características. No cabe apuntarse a lo mejor de cada uno porque, por ahora, nadie sabe cómo poner en órbita un telescopio espacial de 30 o 42 metros (el espejo del JWST será de 6,5 metros).

La estrategia de los astrónomos es utilizar el Hubble (o su sucesor) para otear el universo, y profundizar en el estudio de los objetos celestes con los grandes observatorios terrestres.

El espejo del E-ELT no será de una sola pieza sino que estará formado por 1.000 segmentos hexagonales que funcionarán, a efectos ópticos, como una única superficie (igual que los dos Keck actuales y su hijo, el Gran Telescopio de Canarias). Será un espejo de 1.200 metros cuadrados, el doble que el del TMT.

"La industria española está muy bien preparada y colocada para fabricar componentes de alta tecnología del nuevo telescopio, como la cúpula, la estructura o el soporte del espejo principal, independientemente de su ubicación", explica Xavier Barcons, investigador del CSIC y delegado de España en el ESO. "Y la comunidad española está especialmente interesada en él, para trabajar en temas desde la búsqueda de exoplanetas tipo Tierra, pasando por la identificación de las estrellas que forman las galaxias cercanas o el análisis de las galaxias más tempranas en la historia del Universo", continúa. "Somos el tercer país que ha presentado más ideas científicas de alta calidad, tras Alemania y el Reino Unido".

El plan es empezar a construir el telescopio gigante el año que viene. "Si la ESO lo aprueba este año, pensamos obtener la primera luz en 2018 e iniciar la observación científica en 2019", dice Tarenghi.

Chile, lugar preferente para observar el cielo

Con seis importantes observatorios internacionales en funcionamiento, el norte de Chile es una ubicación favorita de la astronomía mundial. Cinco de los actuales 12 grandes telescopios (del rango de ocho-diez metros) operan en Chile; el resto están en EE UU (cuatro en Hawai), uno en Sudáfrica y otro en Canarias (el GTC). Los ojos terrestres en Chile están protegidos con sistemas antisísmicos, incluido el que deja suspendidos los espejos en caso de temblores.

Hace ya medio siglo que, los estadounidenses primero y los europeos muy poco después, descubrieron la extraordinaria calidad del desierto chileno para instalar observatorios astronómicos, que además ven el cielo del Hemiferio Sur.

Estados Unidos se instaló primero en Cerro Tololo y después en Las Campanas y en Cerro Pachón, donde alojó telescopios de colaboración con otros países. La Silla fue la primera elección del Observatorio Europeo Austral (ESO), que después montó en Cerro Paranal su conjunto de cuatro telescopios VLT, de 8,2 metros cada uno. En el llano andino de Chajnantor, a más de 5.000 metros de altura, se construye ahora el radiotelescopio avanzado ALMA, del ESO, EE UU, Canadá, Japón y Taiwan.

Por ALICIA RIVERA - Madrid - 28/04/2010
Publicado enInternacional