martes, 27 de septiembre de 2016

El Universo es isótropo

La probabilidad de que el Universo no sea isótropo es una entre 121.000.

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Si el Universo es igual en todas las direcciones que miremos entonces diremos que es isótropo.
El último estudio sobre el fondo cósmico de microondas (FCM) indica que, efectivamente, el Universo es isótropo o que, al menos, no lo es con una probabilidad de una entre 121.000. Es decir, el Universo no tiene un eje de giro o ninguna otra dirección privilegiada.
El principio cosmológico sostiene que el Universo es homogéneo e isótropo. La razón práctica es que es la única manera de resolver analíticamente las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General.
También hay una razón filosófica para que el Universo sea isótropo: el principio copernicano. En 1543 Copérnico propuso que la Tierra no estaba en el centro del Sistema Solar (lo que se consideraba el Universo en aquel entonces). A partir de aquí se postuló el principio según el cual no ocupamos una posición privilegiada en el Cosmos. Y si es esto es cierto para la Tierra entonces tiene que serlo para otros cuerpos y eso implica que el Universo no tiene que tener un centro o lugares o direcciones especiales.
La idea de la homogeneidad e isotropía el Universo pasó a ser importante a principios del siglo XX cuando se descubrió la Relatividad General y que el Universo se expandía.
Obviamente, hay una escala por debajo de la cual esto no se cumple, pues un trozo de la Tierra es muy distinto de un trozo de espacio vacío. Se asume que la escala por debajo de la cual no se cumple el principio cosmológico es la que está determinada por los cúmulos de galaxias.
Experimentalmente se podría demostrar el principio cosmológico si observamos todas las galaxias del universo visible. Pero el número de galaxias que podemos observar con nuestros telescopios es limitado debido a que las más lejanas son tan débiles que no las vemos.
Afortunadamente hay un atajo: observar el FCM. Como la estructura a gran escala del Universo depende de cómo era el Universo en sus primeros momentos, entonces un Universo primitivo homogéneo e isótropo debe producir un Universo homogéneo e isótropo al cabo del tiempo.
Así que la observación del FCM, que nos da una idea de como era el Universo al cabo de 380.000 años tras el Big Bang, nos debe decir si el Universo era (es) isótropo.
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Gracias a los observatorios orbitales WMAP y Planck se han podido levantar mapas de altísima precisión del FCM. Algunos análisis del pasado realizados sobre estos mapas indicaban que era posible que el Universo no fuera isótropo.
Así, hace unos años, un análisis de los datos de WMAP sugería que había un “eje del mal” en el mapa del FCM que indicaría que el Universo no es isótropo. Pero ya entonces, algunos expertos del campo dijeron que se trataba de una fluctuación estadística de los datos.
Recordemos que reducir los datos de WMAP o Planck es una tarea ardua y compleja, pues hay que restar efectos como el ruido que introduce nuestra propia galaxia.
Ahora se publica el estudio más laborioso al respecto basado en datos de Planck y WMAP y este indica que no hay anisotropías en el FCM. El estudio ha sido realizado por Daniela Saadeh y Andrew Pontzen (ambos del University College London) y sus colaboradores.
En lugar de fijarse en posibles desequilibrios locales en el FCM, estos cosmólogos consideraron todas las posibles maneras en las que el espacio pudiera tener una dirección privilegiada y cómo esos escenarios afectarían al FCM. Entonces buscaron esas posibles marcas o patrones en el mapa del FCM realizado con los datos de WMAP y Planck.
Así por ejemplo, el espacio podría expandirse a diferentes velocidades a lo largo de diferentes ejes. Eso provocaría que la radiación del FCM de diferentes ubicaciones sufriera un corrimiento al rojo o hacia el azul diferente a otras regiones. También podría ocurrir que el espacio rotara sobre un eje, lo que crearía una espiral en el mapa del FCM. O también se podrían haber generado en el universo temprano onda gravitacionales tan intensas que habrían distorsionado el espacio en ciertas direcciones, lo que también se apreciaría en el mapa del FCM.
Podemos apreciar gráficamente esto con el ejemplo dado por las figuras que ilustran este post. Un Universo anisótropo dejaría patrones en el FCM como el de la figura de cabecera que el FCM real (más abajo) no tiene, pues sólo presenta un ruido aleatorio.
Estos investigadores usaron un supercomputador para poner a prueba todas estas posibilidades y compararon sus resultados con los datos reales. De las cinco posibles causas de anisotropía testadas no se ha encontrado ninguna en los datos reales del FCM. Es especial fueron muy determinantes los datos relativos a los modos de polarización.
El estudio no puede negar categóricamente que no haya anisotropías, pero puede poner límites a las mismas y explicar las posibles anisotropías como fluctuaciones estadísticas. Hasta ahora la isotropía gana por 121.000 a 1.
Así pues, los que apoyan el modelo cosmológico estándar pueden respirar tranquilos de momento.
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