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¿Es el bosón de Higgs la fuente de la energía oscura? Un nuevo estudio dice que sí

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Uno de los grandes misterios de la física de partículas y de la cosmología actual es saber por qué la energía oscura, que domina toda la energía del universo, tiene un valor que es de casi cero. Este valor es tan pequeño que probablemente tenga 120 órdenes de magnitud menos de lo que se esperaría en física fundamental. Este problema, llamado problema de la constante cosmológica, ha traído de cabeza a los científicos durante mucho tiempo.

Pero ahora, dos físicos reconocidos en el mundo, Lawrence Kauss de la Universidad Estatal de Arizona y James Dent de la Universidad de Louisiana, han sugerido que el recientemente descubierto Bosón de Higgs podría explicar algunos de los atributos de la enigmática energía oscura y podría ayudar a resolver el problema de la constante cosmológica,

Krauss y Dent exploran la posibilidad de una conexión entre la partícula de Higgs y una nueva partícula que podría estar asociada con lo que comúnmente se conoce como la Teoría de la Gran Unificación que posee una escala de, quizá, 16 órdenes de magnitud menor al tamaño de un protón, y en la que convergerían las 3 grandes fuerzas de la naturaleza (electromagnetismo, la fuerza nuclear débil y la fuerte) pero exceptuando a la gravedad. La unificación de estas tres fuerzas resultaría en la existencia en un nuevo campo que se añadiría al actual campo Higgs y que contribuiría como densidad de energía para el espacio vacío o para corregir la actual densidad de energía,

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El físico estaoduninde Lawrence Krauss, uno de los autores del estudio. /Crédito: hyeroglyph.edu

En este sentido, las actuales observaciones del universo muestran que se expande a una velocidad acelerada. Pero esta aceleración no puede ser producto únicamente de la presencia de materia, ya que poner energía en el espacio vacío produce una fuerza de gravedad repulsiva que es opuesta a la fuerza producida por la materia, incluyendo a la materia oscura que domina la masa de todas las galaxias, pero que no puede interactuar con la luz y de la que solamente se puede conocer su existencia por la influencia de su gravedad.

Debido a ese fenómeno, y debido a lo que actualmente podemos saber del universo, se piensa que la llamada energía oscura contribuye con más del 70 por ciento de toda la densidad de energía que hay en el universo. La materia observable solamente contribuye con el 5% y el restante 25% proviene de la materia oscura.

“Nuestra investigación hace progresos en uno de los aspectos de este problema. Ahora que se ha descubierto el Bosón de Higgs, abrimos una nueva puerta para analizar la física a escalas de energía mucho más altas, donde podríamos encontrar nuevos campos escalares que operarían en estas nuevas dimensiones”, afirma Lawrence Krauss.

“Lo que hemos demostrado es que donde se mezcla lo más simple, que está relacionado con las proporciones en las que opera la física electrodébil, y posiblemente también la fuerza de Gran Unificación, se produce energía en el vacío que corregiría el orden de magnitud o la cantidad de energía oscura existente.

En otras palabras: la teoría de Krause y su colega pretende comprender el origen de la energía y el autor afirma que su constructo teórico es solamente un paso en la dirección para comprender este misterio. Resolverlo significaría unificar todas las cuatro teorías sobre el Universo, algo así como el Santo Grial de la física.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy. 

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Una fuerza desconocida en el universo actúa sobre la materia oscura

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Un equipo de astrónomos europeos lidereados por Hongsheng Zhao del Centro de Astronomía de la Universidad de San Andrews, han presentado una nueva teoría radical que sugiere que la Vía Láctea y Andrómeda colisionaron hace unos 10 mil millones de años y que nuestro entendimiento de la gravedad está equivocado. De manera extraordinaria, esto explicaría perfectamente la estructura de las dos galaxias y sus satélites.

El doctor Zhao es conocido por sus controversiales teorías: ya en 2009 encabezó un equipo internacional de astrónomos que encontraron una relación inesperada entre la misteriosa materia oscura, las estrellas visibles y el gas en galaxias que podrían revolucionar nuestro entendimiento de la gravedad. Zhao sugiere que una fuerza desconocida está actuando en la materia oscura.

Solamente el 4% del universo está hecho de materia conocida. Las estrellas y el gas en las galaxias se mueven tan rápido que los astrónomos han especulado que la gravedad de un hipotético halo invisible de materia oscura es necesario para mantener a las galaxias juntas. De cualquier manera, una comprensión sólida de la materia oscura, así como una evidencia directa de su existencia, sigue siendo eludido.

El equipo cree que la interacción entre la materia oscura y la materia ordinaria podría ser más importante y más complejo de lo que anteriormente se pensaba, y han llegado a especular en el sentido de que la materia oscura no existe y que el movimiento anómalo de las estrellas en las galaxias es producto, más bien, de la modificación de la gravedad a escalas extragalácticas.

“Pareciera que la materia oscura “sabe” cómo se distribuye la materia visible y conspiran entre sí de tal manera que la gravedad de la materia visible en el radio característico en el halo oscuro siempre es la misma”, afirmó el doctor Benoit Famey, de la Universidad de Bonn.  “Esto es extremadamente sorprendente ya que más bien cabría esperar el equilibrio entre la materia visible y la materia oscura.”Pero “es posible que una quinta fuerza no gravitacional esté gobernando con una mano invisible, dejando la misma huella en todas las galaxias, independientemente de su edad, forma y tamaño”.

Una fuerza de estas características podría resolver un misterio aún más grande conocido como energía oscura que controla la expansión del universo. Una solución más radical podría darse con una revisión de las leyes de la gravedad que fueron desarrolladas en 1687 por Isaac Newton y refinadas por Albert Einstein a través de la Teoría General de la Relatividad en 1916. Einstein nunca decidió completamente si a su ecuación se le debía añadir una fuente constante y omnipresente, ahora llamada energía oscura.

Las implicaciones de la nueva investigación podrían cambiar algunas de las teorías más generalizadas que existen sobre la historia y la expansión del universo.
El investigador principal del trabajo, el doctor Gianfranco Gentile de la Universidad de Ghent concluye: “comprender esta enigmática conspiración es probablemente la llave que nos servirá para comprender la formación de las galaxias y sus estructuras”.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy.

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Los agujeros negros supermasivos son la clave para entender el universo

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Hace no mucho tiempo, los científicos revelaron que el universo se expande a una velocidad mucho más rápida de lo que se creía. El hallazgo hizo que, en 2011, a Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess, se les concediera el Premio Nobel de Física.

Pese a este importantísimo descubrimiento, todavía sigue siendo un dolor de cabeza para los físicos medir la velocidad de esta aceleración sobre distancias muy grandes.

Pero, recientemente, un equipo internacional de físicos de diversas universidades, han desarrollado un método con el potencial de medir distancias de millones de años luz con un alto grado de precisión. El método utiliza un cierto tipo de agujeros negros activos [agujeros negros supermasivos] que se encuentran en el centro de muchas galaxias como la nuestra.

Y es que la posibilidad de medición de distancias muy grandes se traduce en dar testimonio de lo que sucedía en el universo cuando este se formó y con lo que también es posible estimar su velocidad de expansión en una edad muy temprana.

Este nuevo sistema de medición toma en cuenta la radiación emitida por el material que rodea a un agujero negro antes de que éste material sea devorado. En la medida en que el material es absorbido, comienza a calentarse y luego emite una gran cantidad de radiación que es de miles de veces la energía producida por una galaxia que contenga 100 mil millones de estrellas. Por esta razón, las explosiones energéticas que suceden alrededor de los agujeros negros pueden ser observadas con mucha facilidad desde lugares remotos como la Tierra.

En este sentido, utilizar la radiación para medir distancias es un método que se utiliza con mucha frecuencia en astronomía, pero hasta ahora los agujeros negros nunca habían sido utilizados para medir estas distancias.

Gracias a la combinación de medidas de la cantidad de energía que es emitida desde la vecindad de un agujero negro, con la cantidad de energía que de este llega a la Tierra, los científicos pueden inferir la distancia a la que se encuentra uno de estos devoradores galácticos, así como el tiempo en la historia del universo en que dicha energía fue emitida.

Por otro lado, obtener una medida precisa de la radiación que fue emitida depende de las propiedades del agujero negro estudiado. Para el tipo de agujeros negros que se utilizaron en este nuevo trabajo, la cantidad de radiación emitida mientras el objeto atraía materia hacia su interior, es proporcional a su masa. Por consiguiente, métodos establecidos desde hace mucho tiempo para medir esta masa, pueden ser utilizados ahora para estimar la cantidad de radiación que está implicada en todo el proceso.

La viabilidad de esta teoría fue probada utilizando las propiedades conocidas de los agujeros negros que se encuentran en nuestro propio vecindario: a unos ¡cientos de millones de años luz!

Para el profesor Netzer de la Universidad de Tel aviv, desde donde se llevaron a cabo las parte de las observaciones [también participó el Observatorio de París]  su sistema les dará a los astrónomos una herramienta muy importante para medir distancias que se encuentren mucho más lejos y sirviendo como complemento al método existente que utiliza las explosiones de estrellas supernovas para medir la velocidad de expansión del universo.

La habilidad de medir distancias lejanas tiene el potencial de revelar algunos de los más grandes misterios del universo, que tiene una edad aproximada de 13,800 millones de años. “Cuando estamos mirando distancias de miles de años luz, estamos observando hacia el pasado”, explica. “La luz que hoy podemos ver fue producida por primera vez cuando el universo era mucho más joven”.

Uno de estos grandes misterios es la llamada energía oscura: la fuente de energía más significativa del universo presente. Esta energía, que se manifiesta como un tipo de anti-gravedad, se cree que contribuye a la expansión acelerada del universo.

Por lo tanto, el objetivo final es comprender de qué está compuesta la energía oscura y responder a preguntas clave sobre si dicha energía siempre ha estado presente en la misma cantidad y si su volumen podría cambiar en el futuro.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: Daily Galaxy.

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Una nueva cámara construida en Chile podría resolver el misterio de la energía oscura

La más poderosa cámara para escudriñar los cielos ha comenzando la búsqueda de esa misteriosa energía que comprende casi tres cuartas partes de nuestro universo.

La cámara del Buscador de Energía Oscura (DAS) tiene 570 millones de pixeles y será capaz de estudiar 300 millones de galaxias en los próximos cinco años.

El objetivo es descubrir la naturaleza de la energía oscura que, según postulan muchos teóricos de la física, es responsable de que el universo se expande cada vez a mayor velocidad.

Conforme el tiempo vaya transcurriendo a lo largo de estos cinco años, el instrumento de observación será capaz no solamente de estudiar galaxias individuales, sino también 100,000 cúmulos de galaxias (las mayores estructuras estables que conocemos), así como 4,000 supernovas.

Esta compleja investigación es una colaboración entre astrónomos de países como Estados Unidos, Brasil, España, y Alemania.

Y es que la inmensa cámara (denominada DECam), que está formada por 62 CCD´s (que son parecidos a los sensores que se utilizan para tomar fotografías con las cámaras digitales caseras), se encuentra montado en el telescopio de 4 metros Víctor M. Blanco que forma parte del complejo de telescopios que se encuentran en el Cerro Tololo en el desierto de Atacama en Chile.

El observatorio del Cerro Tolo en Chile, donde está instalada la Cámara de CCD´s que buscará resolver el misterio de la energía oscura y su papel en la expansión del universo / http://www.aporcel.wordpress.com/

La DECam es particularmente sensible a la luz roja e infrarroja, lo que la convierte en un instrumento ideal para estudiar objetos cósmicos distantes que se encuentran a unos 8 mil millones de años luz de distancia.

La mayoría de los objetos distantes se mueven más rápido con relación a nosotros y a ellos mismos, mientras que los que están a menos distancia de nosotros (y entre ellos mismos) lo hacen igualmente pero a menor velocidad y en ambos casos se presenta corrimiento hacia el rojo como ha quedado demostrado a través del llamado efecto Doppler. Lo interesante también es que el estiramiento del espacio, en su constante expansión, produce el mismo efecto de corrimiento hacia el rojo.

Por otro lado, la primera prueba directa que se tuvo de la expansión del universo se dio a través de la observación de supernovas y a sus descubridores les valió el Premio Nobel de Física en 2011.

Gráfica que muestra el efecto Doppler. Cuando una galaxia o un objeto se aleja de nosotros, la luz tiende a correrse hacia el rojo, mientras que cuando se acerca lo hace hacia el azul / http://www.iespoetaclaudio.centros.educa.jcyl.es/

Ahora bien: lo que se cree que está causando la expansión acelerada del universo es la energía oscura, que representa alrededor de un 70% de toda la masa y energía que contiene el cosmos y en la cual se van a centrar las observaciones de la DECam.

En este sentido, para Will Percival de la Universidad de Portsmouth, y quien es uno de los colaboradores del proyecto, “este será el más grande estudio que sobre las galaxias se haya hecho hasta ahora, ya que a través de la forma y posición de estas galaxias podremos saber más sobre la naturaleza de estos procesos físicos a los que llamamos energía oscura, pero que seguimos sin comprender”.

El estudio de DECam abordará el problema desde cuatro perspectivas, ya que estudiará el mismo tipo de supernovas con las que se probó la expansión del universo, en un intento por revelar cómo sucedió esta y cuando dicha expansión decreció y se redujo a lo largo de miles de millones de años.

También creará un mapa en 3ª dimensión de la distribución de los cúmulos de galaxias, midiendo lo que se conoce como oscilaciones acústicas por bariones, que es el eco que dejó el universo tras su expansión y que, aún hoy, tes posible observar.

Por otro lado, a través de la cuantificación de los cúmulos de la galaxias, y a través de saber cuándo se formaron, el estudio pretende alimentar y así mejorar los modelos de computadora que actualmente se tienen sobre cómo el universo se organizó a sí mismo en sus primeros años de vida.

La DECam pasará ahora una serie de pruebas y comenzará a funcionar de manera oficial en Diciembre de 2012.

Con cada instantánea que adquiera, será capaz de observar un área 20 veces más grande que la Luna llena.

“El logro de poder pasar a través de la Cámara de la Energía Oscura la primera luz, significará el comienzo de una nueva era en la exploración de las fronteras del universo”, comentó James Siegrist, director asociado de ciencia de física de altas energías del Departamento de Energía de Estados Unidos, quien también comento: “los resultados de estos estudios nos llevarán a comprender el misterio de la energía oscura y lo que esto significa para el universo”, concluyó.

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Traducido y editado por Julio García.

Referencia: BBC

Proponen nueva teoría sobre el origen de la materia y la energía oscura

Un par de matemáticos -uno de la Universidad de Indiana en Estados Unidos y el otro de la Universidad de Sichuan en China- han propuesto una teoría unificada de la materia y la energía oscura que altera las ecuaciones de Albert Einstein que describen los fundamentos de la gravedad.

“Creemos que una nueva teoría de la gravedad cambiará nuestra visión de la energía, las interacciones gravitacionales, la estructura y la formación del universo”, afirmó Shouhong Wang, profesor de matemáticas en la Universidad de Indiana.

Wang, junto con Tian Ma (profesor de la Universidad Sichuan) sugieren que la ley de la energía y la conservación del momento en el espacio-tiempo es solamente válida cuando la materia normal, la materia oscura y la energía oscura son tomadas en cuenta. Pero, para la materia normal u ordinaria solamente, el momento y la energía ya no se conservan, arguyen.

Mientras que siguen utilizando la métrica del espacio-tiempo curvo que Einstein utilizó en sus ecuaciones, los investigadores argumentan que para explicar la presencia de materia y energía oscura, se requiere de un nuevo conjunto de ecuaciones que tome en cuenta un nuevo tipo de energía causada por la no uniformidad que presenta la distribución de la materia en el universo. Esta nueva energía puede ser tanto positiva como negativa, afirmó Wang.

La curvatura del espacio-tiempo, junto con nuevo campo escalar representando la nueva densidad de energía, y la interacción entre la curvatura y este nuevo campo escalar, formarán la base de las nuevas ecuaciones del campo gravitatorio.

“Mucha gente ha propuesto teorías sobre el origen de la energía oscura, pero desafortunadamente el misterio continúa y, de hecho, la naturaleza de la energía oscura es ahora, quizá, el misterio más profundo en cosmología y astrofísica. Es considerado como el más destacado de los problemas en física teórica”, dijo Wang.

El otro gran misterio concerniente a nuestro universo es que contiene mucho más materia de la que puede ser contabilizada con la presencia de las estrellas visibles. Esta materia “perdida” es la materia oscura, y a pesar de los muchos intentos por detectarla, el misterio prevalece y se profundiza.

Por otro lado, cuando Einstein desarrolló su teoría de la relatividad, tanto la materia oscura como la energía oscura no habían sido descubiertas todavía, por lo que para él fue natural comenzar su teoría utilizando la ley de conservación de la energía y el momento de la materia ordinaria. La diferencia entre la nueva ecuación de campo que se propone con las ecuaciones de Einstein es la adición de una covariante derivativa de segundo orden de un campo potencial escalar.

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Traducido y editado por Julio García. 

Fuente: Daily Galaxy