Open Yale coursesASTR 160 - Frontiers and Controversies in Astrophysics
Professor Charles Bailyn
Cosmología y energía oscura
Las primeras clases cubren los temas fundamentales de cosmología que ya cubrí en algún momento con el resumen del libro "Los tres primeros minutos del Universo" de Steven Weinberg (I, II, III)
Lo que fue en cambio bastante novedoso para mi fue entender de que forma se estableció en los últimos años que la expansión del Universo se está acelerando en lugar de irse frenando como se suponía.
La ley de Hubble establece que la velocidad a la que se aleja de nosotros una galaxia es directamente proporcional a su distancia a nosotros.
V = H. D
V= velocidad de recesión debida a la expansión del universo
D = distancia actual a la galaxia
H = constante de Hubble
Ahora bien, si estudiamos objetos lo suficientemente lejanos, la ley deja de ser estrictamente lineal, porque estamos mirando luz del pasado. La dificultad consta en determinar las distancias de galaxias tan lejanas... (la velocidad se mide más fácilmente por efecto Doppler)
En general todo el estudio sobre el valor exacto de la constante de Hubble y su variación en el pasado depende de encontrar un método efectivo para medir distancias a través de la luz que nos llega. La clave es encontrar objetos cuyo brillo sea conocido por algún otro método. Un ejemplo que sirvió para las galaxias más cercanas fueron las estrellas variables Cefeidas, en las que el período de oscilación del brillo está relacionado con su brillo total. Como la luminosidad cae con el cuadrado de la distancia, conociendo el brillo original del objeto, se puede establecer la distancia.
Ahora bien, a distancias mayores a 100 megaparsecs es muy difícil encontrar objetos lo suficientemente brillantes de este tipo. Se descubrió finalmente que un tipo particular de supernova, el tipo Ia, explota liberando siempre la misma cantidad de energía, lo cual permitió ampliar la ventana hacia el pasado.
La razón por la cual este tipo de supernovas libera la misma cantidad de energía se explica teniendo en cuenta los modelos teóricos sobre su origen. Se trata de sistemas binarios en las que una enana blanca va acrecentando su masa con material que fluye desde una gigante roja vecina. Al llegar a una cantidad de masa determinada, conocida como límite de Chandrasekhar, se produce un colapso que genera la supernova.
Modelo teórico de formación de SN tipo Ia - Hubble site - NASA, ESA and A. Feild (STScI)
Lo importante es que la cantidad de combustible nuclear es siempre el mismo, por lo que la energía liberada será también constante. El sucesivo estudio de supernovas de este tipo terminó por demostrar que la constante de Hubble fue en el pasado mayor que la actual, lo cuál sorprendió a todo el mundo. Lo esperable era que la fuerza de gravedad frenara paulatinamente la expansión.
De momento se denominó como "energía oscura" al supuesto origen físico de esa repulsión. Se la supone como un concepto similar a la famosa constante cosmológica de Einstein. No se sabe que puede llegar a ser, sólo que causaría la aceleración de la expansión.
Ahora bien, como apunta en su momento Bailyn, aunque el modelo actual se ajusta a las observaciones, en el momento en que los gráficos plotean cosas de las que no se sabe poco o nada y sin existencia comprobada en forma directa ("materia oscura", "energía oscura") por lo que no es imposible descartar que un cambio en nuestro entendimiento de las leyes físicas esté a la vuelta de la esquina.
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