Reuters (17/03/2014): Un grupo de astrónomos anunciaron el lunes que habían descubierto lo que muchos consideran el santo grial en su campo: ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo que son ecos de la expansión masiva del Universo que se produjo tras el Big Bang.
Anticipado por Albert Einstein hace casi un siglo, el descubrimiento de las ondas gravitacionales sería la pieza final en uno de los mayores logros del intelecto humano: comprender cómo comenzó el Universo y cómo evolucionó hacia la abundancia de galaxias y estrellas, nebulosas y vastas extensiones de espacio prácticamente vacío que constituyen el Universo conocido.
"Detectar esta señal es uno de los objetivos más importantes en la cosmología hoy", dijo John Kovac, del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, que lideró la investigación, en un comunicado.
Las ondas gravitacionales son ondulaciones débiles y primitivas que se propagan a través del cosmos a la velocidad de la luz. Los astrónomos las han buscado durante décadas porque son la evidencia que faltaba para probar dos teorías.
Una de ellas es la teoría general de la relatividad de Einstein, publicada en 1915, que lanzó la era moderna de la investigación sobre los orígenes y la evolución del cosmos. La teoría general explica la gravedad como la deformación del espacio por cuerpos con masa. Einstein planteó que el espacio es como una manta frágil, con estrellas y planetas incrustados que provocan que se curve en vez de mantenerse plano.
Esas curvaturas del espacio no son fijas, dijo Einstein. En su lugar, las ondas gravitacionales se propagan como el agua en un lago o las ondas sísmicas en la corteza de la Tierra.
La otra teoría que predijo las ondas gravitacionales es la denominada inflación cósmica. Desarrollada en los años 80, planteaba que tras el Big Bang el cosmos recién creado se expandió de forma exponencial en menos tiempo de lo que dura el parpadeo de un ojo, aumentando su tamaño en 100 billones de billones de veces.
El Big Bang es la explosión del espacio-tiempo
que dió comienzo al Universo
hace 13.800 millones de años
Además de hacer el cosmos notablemente uniforme a lo largo de vastas expansiones de espacio, la inflación provocó que todo lo que tocó creciera de forma exponencial. Eso incluía pequeñas fluctuaciones en la gravedad, que cuando se amplifican, se convierten en ondas gravitacionales.
Aunque la teoría de la inflación cósmica recibió mucho apoyo experimental, el fracaso a la hora de hallar las ondas gravitacionales que predijo hizo que muchos cosmólogos no llegaran a apoyar el planteamiento.
Eso podría cambiar con el anuncio del lunes.
"Estos resultados no sólo son una prueba de la inflación, también nos dice cuándo tuvo lugar la inflación y cómo de poderoso fue el proceso", dijo Avi Loeb, físico de la Universidad de Harvard. La fuerza de la señal de las ondas gravitacionales está vinculado a cómo fue de poderosa la expansión del Universo durante una breve era de la inflación.
Las mediciones anunciadas por los astrónomos el lunes son casi el doble de grandes de lo que predijeron los cosmólogos para las ondas gravitacionales, lo que sugiere que se podría aprender mucho más sobre cómo funcionó la inflación.
Telescopio Sur
Las ondas gravitacionales fueron detectadas por el telescopio BICEP2 (Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization). El instrumento, que rastrea el cielo desde el Polo Sur, examina lo que se denomina el fondo cósmico de microondas, la radiación extremadamente débil que impregna el Universo. Su descubrimiento en 1964 por astrónomos en Bell Labs de Nueva Jersey fue alabada como la mejor prueba hasta la fecha de que el Universo comenzó con una inmensa explosión caliente.
La radiación de fondo de microondas, que ha bañado el Universo desde 380.000 años después del Big Bang, son unos escasos tres grados por encima del cero absoluto, tras enfriarse hasta casi la no existencia desde el plasma inmensamente caliente que era el Universo en las primeras fracciones de segundo de su existencia.
La radiación de fondo no es precisamente uniforme. Como la luz, la radiación remanente se polariza como resultado de la interacción de electrones y átomos en el espacio.
Los modelos informáticos predijeron un patrón curvo particular en la radiación de fondo que igualaría la que se esperaba de la inflación del Universo tras el Big Bang.
"Ha sido como buscar una aguja en un pajar, pero en su lugar encontramos una palanca", dijo el codirector del equipo Clem Pryke, de la Universidad de Minnesota, en un comunicado.
Jamie Bock, profesor de física en el Instituto de Tecnología de California y codirector del estudio agregó: "Las implicaciones de este hallazgo conmocionan. Están midiendo una señal que procede del amanecer de los tiempos".
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Georges Lemaitre y el Big Bang
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| P. Georges Lemaître & Albert Einstein, 1933 |
En enero de 1933, el sacerdote y matemático belga Georges Lemaitre Católica viajó con Albert Einstein a California para una serie de seminarios. Después de que el belga detalló su teoría del Big Bang,
Einstein se puso de pié, aplaudió, y dijo:
"Esta es la explicación más hermosa y satisfactoria
de la Creación, que he escuchado."
En el invierno de 1998, dos equipos independientes de astrónomos de Berkeley-California, hicieron un parecido descubrimiento sorprendente. Ambos estaban observando supernovas - la explosión de las estrellas visibles a grandes distancias - para ver lo rápido que el universo se está expandiendo. De conformidad con lo que prevalece en la sabiduría científica, los astrónomos esperaban encontrar el ritmo de expansión que está disminuyendo, pero nos pareció que estaba en aumento - un descubrimiento que "sacudió la astronomía hasta sus cimientos" (Astronomía , octubre de 1999).
Este descubrimiento podría haber llegado como una sorpresa para Georges Lemaître (1894-1966), un matemático belga y sacerdote católico, que desarrolló la teoría del Big Bang. Lemaitre describe el comienzo del universo como una explosión de fuegos artificiales, la comparación de las galaxias a las brasas a repartir en una esfera que crece desde el centro de la explosión. Cree que esta explosión de fuegos artificiales fué el principio de los tiempos, que tuvo lugar en "un día sin ayer".
Después de décadas de lucha, otros científicos llegaron a aceptar el Big Bang como un hecho. Pero mientras la mayoría de los científicos - incluyendo el matemático Stephen Hawking - predijo que la gravedad eventualmente frenaría la expansión del universo y que el universo caería hacia su centro. Lemaitre creía que el universo seguirá expandiéndose. Sostuvo que el Big Bang fué un evento único, mientras que otros científicos creían que el universo se contraería hasta el punto de otro Big Bang, y así sucesivamente. Las observaciones realizadas en Berkeley apoyan el argumento de Lemaitre que el Big Bang fué, de hecho, "un día sin ayer".
Cuando Georges Lemaitre nació en Charleroi, Bélgica, la mayoría de los científicos pensaban que el universo era infinito en edad y constante en su aspecto general. El trabajo de Isaac Newton y James C. Maxwell sugirió un universo eterno. Cuando Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad en 1916, parecía confirmar que el universo sería, para siempre, estable e inmutable.
Lemaitre comenzó su carrera científica en la Facultad de Ingeniería de Lovaina en 1913. Se vio obligado a abandonar después de un año, para servir en la artillería belga durante la Primera Guerra Mundial. Cuando la guerra terminó, entró en Maison Saint Rombaut, un seminario de la Arquidiócesis de Malinas, donde, en su tiempo libre, leía matemáticas y ciencias. Después de su ordenación en 1923, Lemaitre estudió matemáticas y ciencias en la Universidad de Cambridge, dónde uno de sus profesores, Arthur Eddington, era el director del observatorio astronómico.
Durante su investigación en Cambridge, Lemaitre revisó la teoría general de la relatividad. Al igual que con los cálculos de Einstein, diez años antes, los cálculos de Lemaitre demostraron que el universo tenía que reduccirse o ampliarse. Pero mientras Einstein imaginó una fuerza desconocida - una constante cosmológica - que mantenía al mundo estable, Lemaitre decidió que el universo se estaba expandiendo. Llegó a esta conclusión después de observar el resplandor rojizo, conocido como corrimiento al rojo, que rodea los objetos fuera de nuestra galaxia. Si se interpreta como un efecto Doppler, este cambio de color significa que las galaxias se alejan de nosotros. Lemaitre publicó sus cálculos y su razonamiento en los Annales de la Société Scientifique de Bruxelles en 1927. Pocas personas se dieron cuenta. Ese mismo año habló con Einstein en Bruselas, que poco impresionado, dijo: "Sus cálculos son correctos, pero el alcance de la física es abominable."
Era la propia comprensión de la física de Einstein, sin embargo, que pronto cayó bajo el fuego.En 1929 las observaciones sistemáticas de Edwin Hubble de galaxias confirmaron el desplazamiento hacia el rojo. En Inglaterra, la Royal Astronomical Society se reunió para considerar esta aparente contradicción entre la observación visual y la teoría de la relatividad.Sir Arthur Eddington se ofreció para encontrar una solución. Cuando Lemaitre leer de estas actuaciones, envió Eddington una copia de su documento de 1927. El astrónomo británico dio cuenta de que Lemaitre había tendido un puente entre la observación y la teoría. A sugerencia de Eddington, la Royal Astronomical Society publicó una traducción al Inglés de papel de Lemaître en sus avisos mensuales del mes de marzo de 1931.
La mayoría de los científicos que leen el periódico de Lemaitre aceptaron que el universo se estaba expandiendo, por lo menos en la época actual, pero se resistieron a la implicación de que el universo tuvo un principio. Estaban acostumbrados a la idea de que el tiempo se había ido para siempre. Parecía ilógico que millones infinitos de años habían pasado antes de que el universo comenzó a existir. Eddington mismo escribió en el diario Inglés Naturaleza que la noción de un principio del mundo era "repugnante".
El sacerdote belga respondió a Eddington con una carta publicada en la naturaleza , el 9 de mayo de 1931. Lemaitre sugerido que el mundo tuvo un principio definido en la que toda su materia y energía se concentraron en un punto:
Si el mundo ha comenzado con un solo cuántica, las nociones de espacio y tiempo completo dejarían de tener sentido al principio, sino que sólo comenzarían a tener un significado sensato cuando la cuantía original había sido dividido en un número suficiente de quanta. Si esta sugerencia es correcta, el principio del mundo pasó un poco antes del comienzo del espacio y el tiempo.
En enero de 1933, ambos Lemaitre y Einstein viajaron a California para una serie de seminarios.Después de que el belga detalló su teoría, Einstein se puso de pie, aplaudió y dijo: "Esta es la explicación más hermosa y satisfactoria de la creación a la que he escuchado." Duncan Aikman cubierto estos seminarios para el New York Times Magazine . Un artículo sobre Lemaitre apareció el 19 de febrero de 1933, y contó con una gran foto de Einstein y Lemaitre lado de pie al lado del otro. El texto decía: "Ellos tienen un profundo respeto y admiración por los demás."
Por su trabajo, Lemaitre fue incluido como miembro de la Real Academia de Bélgica. Una comisión internacional le otorgó el Premio Francqui. El arzobispo de Malinas, el Cardenal Josef Van Roey, hizo Lemaitre un canónigo de la catedral en 1935. El año que viene el Papa Pío XI instalaron Lemaitre en la Academia Pontificia de las Ciencias.
A pesar de este gran elogio, hubo algunos problemas con la teoría de Lemaitre. Por un lado, la tasa calculada de Lemaitre de expansión no funcionó. Si el universo se estaba expandiendo a un ritmo constante, el tiempo que ha tomado para cubrir su radio era demasiado corto para permitir la formación de las estrellas y los planetas. Lemaitre resolvió este problema mediante la expropiación de la constante cosmológica de Einstein. Cuando Einstein lo había utilizado en un intento de mantener el universo en un tamaño constante, Lemaitre utilizó para acelerar la expansión del universo en el tiempo.Tomó un matemático que también pasó a ser un sacerdote católico a ver la evidencia con una mente abierta y crear un modelo que funcionar
Einstein no tomó amablemente a la utilización por Lemaitre de la constante cosmológica. Consideraba la constante como el peor error de su carrera, y que estaba molesto por el uso de Lemaitre de su fudge factor súper galáctico.
Después de Arthur Eddington murió en 1944, la Universidad de Cambridge se convirtió en un centro de oposición a la teoría del Big Bang de Lemaître. De hecho, fue Fred Hoyle, astrónomo de Cambridge, quien sarcásticamente acuñó el término "Big Bang". Hoyle y otros se inclinaban por una aproximación a la historia del universo conocido como el "estado estable" en el que los átomos de hidrógeno se han creado de forma continua y se fundieron poco a poco en las nubes de gas, que luego se forman las estrellas.
Pero en 1964 se produjo un avance significativo que confirmó algunas de las teorías de Lemaitre. Los trabajadores de los Laboratorios Bell en Nueva Jersey fueron Jugar con un radiotelescopio cuando descubrieron una especie frustrante la interferencia en microondas. Fue igualmente fuerte si señalaron su telescopio hacia el centro de la galaxia o en la dirección opuesta. Lo que era más, que siempre tenía la misma longitud de onda y siempre daba la misma temperatura de la fuente. Este descubrimiento accidental requiere el paso de varios meses por su importancia a asimilar el tiempo, se ganó Arno Penzias el Premio Nobel de Física. Esta interferencia microondas llegó a ser reconocido como la radiación cósmica de fondo, un remanente del Big Bang. Lemaitre recibió la buena noticia mientras se recuperaba de un ataque al corazón en el Hospital San Pedro de la Universidad de Lovaina. Murió en Lovaina en 1966, a la edad de setenta y uno.
Después de su muerte, un consenso construido a favor de la explosión de los fuegos artificiales de Lemaitre. Pero las dudas persistieron: ¿Sabía este evento suceden realmente en un día sin ayer? Tal vez la gravedad podría proporcionar una explicación alternativa. Algunos teorizan que la gravedad frenaría la expansión del universo y hacerla caer de nuevo hacia el centro, donde habría un Big Crunch y otro Big Bang. El Big Bang, por lo tanto, no fue un evento único que marcó el comienzo de los tiempos, pero sólo una parte de una secuencia infinita de Big Bangs y Big Crunch.
Cuando la noticia del descubrimiento de 1998 Berkeley de que el universo se está expandiendo a un ritmo creciente alcanzó por primera vez Stephen Hawking, dijo que era demasiado preliminar como para ser tomado en serio. Más tarde, cambió de opinión. "He tenido más tiempo para considerar las observaciones, y se ven bastante bien", dijo a la Astronomía revista (octubre de 1999). "Esto me llevó a reconsiderar mis prejuicios teóricos."
Hawking fue hecho siendo modesto. A la vista de la agitación científica causada por los resultados de supernovas, que se ha adaptado muy rápidamente. Pero la frase "prejuicios teóricos" hace pensar en las actitudes que obstaculizaron los científicos hace setenta años.Tomó un matemático que también pasó a ser un sacerdote católico a ver la evidencia con una mente abierta y crear un modelo que funcionara.
¿Hay una paradoja en esta situación? Lemaitre no lo creía así. Duncan Aikman del New York Times puso de relieve la visión de Lemaitre en 1933: "No hay ningún conflicto entre la religión y la ciencia, 'Lemaitre ha estado diciendo a la audiencia una y otra vez en este país .... Su punto de vista es interesante e importante, no porque es un sacerdote católico, no porque él es uno de los físicos matemáticos destacados de nuestro tiempo, sino porque es a la vez ".
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Universo invisible
y ondas gravitacionales,
objetivos de la ESA
Europa Press (28/11/2013): El universo caliente y lleno de energía y la búsqueda de ondas gravitacionales esquivas serán los temas centrales de las próximas dos grandes misiones científicas de la
Agencia Espacial Europea (ESA), según ha anunciado este jueves la propia agencia.
Encuentran cómo estudiar los objetos más fríos del Universo.
El primero de estos proyectos, previsto para 2028, tendrá un observatorio de rayos X y abordará dos cuestiones clave: ¿Cómo y por qué la materia ordinaria se ensambla para formar las galaxias y cúmulos de galaxias actuales? y ¿Cómo crecen e influyen en su entorno los agujeros negros?
Los agujeros negros, que están en los centros de casi todas las galaxias, son considerados como una de las claves para entender la formación de galaxias y su evolución.
Por su parte, la segunda misión estudiará el Universo gravitacional, la búsqueda de las ondas en el tejido del espacio-tiempo creado por los objetos celestes con una gravedad muy fuerte, como pares de la fusión de agujeros negros.
Predichas por la teoría de la relatividad de Einstein, las ondas gravitacionales aún no se han detectado físicamente. Los expertos apuntan a que este hallazgo abriría una nueva ventana en el Universo. En este caso, el lanzamiento está previsto para 2034 y se requerirá el desarrollo de un observatorio de ondas gravitatorias.
"La ESA tiene una destacada trayectoria en el desarrollo de los observatorios del estado de espacio, que han revolucionado nuestro conocimiento de cómo nacieron y evolucionaron estrellas y galaxias", ha destacado el director de Ciencia y Exploración Robótica de la ESA, Álvaro Giménez.
"Mediante la aplicación de estos dos nuevos temas, vamos a continuar con el retroceso de las fronteras científicas y desvelar los misterios del Universo invisible", ha añadido.
El proceso de selección de proyectos para ambas misiones se inició en marzo de 2013. Entonces, la ESA hizo un llamamiento a la comunidad científica europea para que sugiriera los siguientes temas científicos que debían ser 'perseguidos' por las grandes misiones del programa de la agencia 'Cosmic Vision'.
En total, se recibieron 32 propuestas que fueron evaluadas por un Comité de Estudio Superior y, tras una extensa interacción con la comunidad científica, se recomendaron los dos temas principales que ocupan a estos dos próximos proyectos.
"Hemos tenido una tarea difícil para decidir qué temas científicos elegir entre muchos candidatos excelentes, pero creemos que las misiones para estudiar el Universo caliente y enérgico y las ondas gravitacionales se traducirá en descubrimientos de mayor importancia para la cosmología, astrofísica y la física en general", ha indicado la presidenta del Comité de Estudio Superior, Catherine Cesarsky.
Aunque las fechas de lanzamiento de las misiones están a más de una década de distancia, las actividades para preparar las misiones comenzarán el próximo año.
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