La expansión del Universo

Una expansión más rápida

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Las lentes cósmicas indican una expansión del Universo más rápida de lo esperado
27/1/2017 de Max Planck Institute for Astrophysics / Monthly Notices of the Royal Astronomical Society

HE0435-1223, located in the centre of this wide-field image, is among the five best lensed quasars discovered to date. The foreground galaxy creates four almost evenly distributed images of the distant quasar around it.

HE0435-1223, situado en el centro de esta imagen, es uno de los cinco cuásares descubiertos que están afectados más claramente por una lente gravitatoria. La galaxia que tiene por delante crea cuatro imágenes del cuásar lejano distribuidas casi de forma regular alrededor de ella. Crédito: NASA, ESA, Suyu (Max Planck Institute for Astrophysics), Auger (University of Cambridge).

 

Utilizando galaxias como enormes lentes gravitacionales, un equipo internacional de astrónomos ha realizado una medida independiente de lo rápido que se expande el Universo. La nueva medida está de acuerdo con estudios anteriores, pero no con medidas del Universo primitivo. Esto apunta a que existe un problema fundamental en el corazón mismo de nuestra comprensión del cosmos.

La constante de Hubble (el ritmo al que el Universo se expande) es uno de los números fundamentales que describe nuestro Universo. Un grupo de astrónomos, la colaboración H0LiCOW, utilizó el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA y otros telescopios espaciales y en tierra para observar cinco galaxias y alcanzar una medida independiente de la constante de Hubble. La nueva medida es completamente independiente y está en completo acuerdo con otras medidas de la constante de Hubble en el Universo local que utilizan estrellas variables Cefeidas y supernovas como puntos de referencia.

Sin embargo, el valor medido por la investigadora Sherry Suyu y sus colaboradores (así como los medidos utilizando Cefeidas y supernovas) son diferentes de la medida obtenida por el satélite Planck de la ESA. Pero existe una diferencia importante: Planck midió la constante de Hubble en el Universo primitivo observando el fondo cósmico de microondas. Y aunque el valor de la constante medido por Planck encaja en nuestros conceptos actuales del cosmos, los valores obtenidos por diversos grupos de astrónomos en el Universo local están en desacuerdo con el modelo teórico del Universo generalmente aceptado.

“El ritmo de expansión del Universo empieza a ser medido de modos diferentes con tal precisión que las discrepancias pueden estar posiblemente señalando la existencia de una nueva física que está fuera de nuestro conocimiento actual del Universo”, explica Suyu.

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Actualizado ( Viernes, 27 de Enero de 2017 11:00 )   http://observatori.uv.es/index.php?option=com_content&view=article&id=8115%3Alas-lentes-cosmicas-indican-una-expansion-del-universo-mas-rapida-de-lo-esperado&catid=52%3Anoticosmos&Itemid=74&lang=es
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El Universo se expande más rápido ?

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Descubren con el Hubble que el Universo puede estar expandiéndose más rápido de lo que se pensaba PDF Imprimir E-mail
3/6/2016 de Hubble Space Telescope

For the calibration of relatively short distances the team observed Cepheid variables. These are pulsating stars which fade and brighten at rates that are proportional to their true brightness and this property allows astronomers to determine their distances. The researchers calibrated the distances to the Cepheids using a basic geometrical technique called parallax. With Hubble’s sharp-eyed Wide Field Camera 3 (WFC3), they extended the parallax measurements further than previously possible, across the Milky Way galaxy. To get accurate distances to nearby galaxies, the team then looked for galaxies containing both Cepheids and Type Ia supernovae. Type Ia supernovae always have the same intrinsic brightness and are also bright enough to be seen at relatively large distances. By comparing the observed brightness of both types of stars in those nearby galaxies, the team could then accurately measure the true brightness of the supernova. Using this calibrated rung on the distance ladder the accurate distance to additional 300 type Ia supernovae in far-flung galaxies was calculated.

Diagrama de la escala de distancias cósmicas. Para la calibración de distancias relativamente cortas, los investigadores observaron estrellas variables Cefeidas, estrellas pulsante que aumentan y disminuyen de brillo con un periodo que es proporcional a su brillo real, y esta propiedad permite a los astrónomos determinar sus distancias.  Para obtener distancias a galaxias cercanas, los astrónomos utilizaron galaxias que tuvieran Cefeidas y supernovas de tipo Ia. Esto les permitió medir con precisión el brillo real de las supernovas, y poder emplearlas para medir distancias a galaxias más lejanas. Crédito: NASA,ESA, A. Feild (STScI), y A. Riess (STScI/JHU).

 

Un equipo de astrónomos ha utilizado el Hubble para medir las distancias a las estrellas de 19 galaxias con mayor precisión de lo que había sido posible hasta ahora. Descubrieron que el Universo está actualmente expandiéndose más rápido de lo que se había calculado en medidas del Universo poco después del Big Bang. Si se confirma, esta inconsistencia aparente podría ser una pista importante para comprender tres de los componentes más esquivos del Universo: la materia oscura, la energía oscura y los neutrinos.

Los investigadores, dirigidos por el premio Noble Adam Riess, utilizando el telescopio espacial Hubble de NASA/ESA, han descubierto que el Universo se expande entre un 5% y un 9%  más rápido de lo que se había calculado, y claramente en desacuerdo con la velocidad predicha a partir de medidas del Universo bebé. Una explicación posible de esta expansión inesperadamente rápida  es un nuevo tipo de partícula subatómica que puede haber cambiado el balance de energía en el Universo primitivo, algo llamado radiación oscura.

Los científicos realizaron el descubrimiento refinando la medida de cuán rápido se está expandiendo el Universo, un parámetro conocido como la constante de Hubble, alcanzando una precisión sin precedentes al reducir la incertidumbre a sólo un 2.4%. Esta nueva medida supone un problema porque no está de acuerdo con el ritmo de expansión medido observando el Universo momentos después del Big Bang. Las medidas del resplandor del Big Bang de los satélites WMAP de NASA y Planck de ESA predicen valores más pequeños de la constante de Hubble.

Esta determinación refinada de la constante de Hubble ha sido posible realizando medidas precisas de las distancias a galaxias tanto cercanas como lejanas con el Hubble. Las medidas de distancia mejoradas fueron conseguidas actualizando y reforzando la escala de distancias cósmicas, que los astrónomos emplean para medir distancias precisas a las galaxias. Los investigadores compararon estas medidas de distancias con la expansión del espacio medida por el estiramiento de la luz de galaxias que se alejan de nosotros y esos dos valores fueron utilizados entonces para calcular la constante de Hubble.

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Simulación de la expansión

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La expansión del Universo, simulada

9/3/2016 de Université de Genève / Nature Physics

 

The gravitational waves generated during the formation of structures in the Universe. The structures (distribution of masses) are shown as bright dots, gravitational waves by ellipses. The size of the ellipse is proportional to the amplitude of the wave and its orientation represents its polarization. © Ruth Durrer, UNIGE

 Las ondas gravitacionales generadas durante la formación de estructuras en el Universo. Estas estructuras (distribución de masas) se muestran como puntos brillantes  y las ondas gravitacionales como elipses. El tamaño de la elipse es proporcional a la amplitud de la onda y su orientación representa su polarización. Crédito: Ruth Durrer, UNIGE.

 

El Universo se está expandiendo continuamente. Cambia creando estructuras nuevas que se unen. ¿Pero cómo evoluciona nuestro Universo? Físicos de la Universidad de Ginebra (Suiza) han desarrollado un nuevo programa de computadora para realizar simulaciones numéricas que ofrecen pistas sobre el complejo proceso de formación de estructuras en el Universo. Basándose en las ecuaciones de Einstein, pudieron incluir la rotación del espacio-tiempo en su cálculos y estimar la amplitud de las ondas gravitacionales, cuya existencia fue confirmada por primera vez el pasado 12 de febrero de 2016.

Hasta ahora los científicos habían estudiado la formación de estructuras cósmicas a gran escala basándose en simulaciones numéricas de la gravitación newtoniana. Estos códigos suponen que el propio espacio no cambia, que es estático con el transcurso del tiempo. Las simulaciones que permite realizar son muy precisas si la materia del Universo se mueve lentamente (es decir, a unos 300 km por segundo). Sin embargo, cuando las partículas de materia se mueven a velocidad alta, este programa sólo permite realizar cálculos aproximados. Además, no describe las fluctuaciones de la energía oscura. Era pues necesario encontrar un nuevo modo de simular la formación de estructuras cosmológicas que permita estudiar estos dos fenómenos.

El equipo de Ruth Durrer de la Universidad de Ginebra ha creado un programa llamado gevolution basado en la teoría de la relatividad general de Einstein. De hecho, la relatividad general considera que el espacio-tiempo es dinámico, es decir, que el espacio y el tiempo están cambiando constantemente, a diferencia del espacio estático de la teoría newtoniana. El objetivo era predecir la amplitud y el impacto de las ondas gravitacionales y el arrastre del sistema de referencia (la rotación del espacio-tiempo) inducidos por la formación de estructuras cosmológicas.

Así, los físicos analizaron una porción cúbica de espacio, que contenía 60 mil millones  de zonas, cada una con una partícula (es decir, lo que sería un trozo de una galaxia) para estudiar el modo en que se mueven respecto de sus vecinas y calcular la métrica (la medida de distancias y tiempo entre dos galaxias del Universo) usando las ecuaciones de Einstein. Los espectros resultantes de estos cálculos permiten cuantificar la diferencia entre los resultados obtenidos por gevolution y los procedentes de códigos newtonianos. Esto permite medir los efectos del arrastre del sistema de referencia y de las ondas gravitacionales introducidos por la formación de estructuras en el Universo.

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