Hace tan sólo unos minutos nos ha llegado una terrible noticia: Vera Rubin ha fallecido.

 

Esta astrónoma ha contribuido con sus investigaciones a la comprensión del Universo, pero nunca alcanzó el reconocimiento merecido por ser mujer. Así que hoy, tras recibir la mala noticia, vamos a recordar su trabajo.

 

Vera Rubin nació en Filadelfia en 1928. Desde los diez años se sintió fascinada por la astronomía y soñó con dedicarse profesionalmente a la investigación del Cosmos. Pero en aquella época no estaba bien visto que las mujeres se dedicaran a esta profesión. De hecho, Vera solía comentar que su profesor de física de secundaria ignoraba a sus alumnas. Continuó estudiando es Vassar College donde terminó sus estudios de astronomía en 1948, mismo año en el que se casó con Robert Rubin. Intentó inscribirse en la Universidad de Princeton, pero no se permitieron mujeres en el programa de estudios graduados de Astronomía hasta 1975. Entonces, solicitó ser admitida en la Universidad de Cornell, donde estudió Física bajo la dirección de Philip Morrison, Richard Feynman y Hans Bethe. Allí realizó su tesis sobre la distribución de velocidades de las galaxias. Los resultados de esta publicación fueron muy discutidos. Muchos no quisieron ver que Vera estaba antes las puertas de un gran descubrimiento.

[…]

Cuando miramos a objetos distantes estamos mirando atrás en el tiempo debido a que la luz necesita tiempo para viajar. Pero para comparar distancias y tamaños de diferentes épocas es necesario eliminar los efectos de la expansión. Aunque las distancias entre dos objetos cambien, sus coordenadas comóviles se mantienen. En el gráfico inical se ve mejor la explicación. Las coordenadas comóviles de una galaxia y de otra no cambian después de la expansión.
Las coordenadas comóviles (r) tienen dos definiciones:
comóviles radiales: las coordenadas para dos objetos en dos épocas diferentes (gran separación temporal)
comóviles de diámetro angular: métrica usada para coordenadas entre dos objetos en la misma época
Es importante recordar que son coordenadas, pero no distancias. Las coordenadas comóviles son como una “etiqueta” que acompaña a las galaxias: diferentes galaxias tienen diferentes coordenadas comóviles, y una galaxia particular conserva para siempre sus coordenadas comóviles. Con las coordenadas comóviles podemos describir la posición de cualquier objeto independientemente de la expansión.
Sin embargo es necesario usar una época de referencia: ésta será usada para comparar diferentes épocas. Podemos usar como época de referencia la época actual.

 

La llamada “escalera” de distancias (en inglés Distance Ladder) es una técnica usada en cosmología, para el conocimiento de las distancias a los diferentes objetos. Por ejemplo, basándonos en el paralaje calculamos la magnitud absoluta, la magnitud absoluta es usada como base para el estudio de las distancias a las supernovas de tipo Ia,… Un problema importante que se presenta son los errores sistemáticos. Cuando una de las técnicas de la “escalera” contiene un error este es acarreado a técnicas sucesivas, o sea, basadas en dicha técnica. Por ejemplo, si el paralaje contiene errores entonces
causaría errores en las sucesivas técnicas: el error en el paralaje es propagado a todas las técnicas derivadas del mismo.
Las técnicas que constituyen la “escalera” de distancias son (El panorama actual de la cosmología contempla más técnicas, pero estas son las principales):
Paralaje: para determinar distancias a estrellas cercanas.
Variables Cefeidas: para determinar distancias a dentro de nuestra galaxia y galaxias cercanas.
Supernovas tipo Ia: para distancias a galaxias y cúmulos de galaxias.
Tipo galáctico: para distancias a los cúmulos de galaxias más cercanos.
Desplazamiento al rojo: para distancias dentro del Universo observable.
Relación desplazamiento al rojo vs. distancia. Fuente: Wikipedia

 

Si hay un fenómeno físico importantísimo para cosmología y que sea conocido por todo el mundo, ese sin duda es el desplazamiento al rojo. Y es importantísimo porque gracias al desplazamiento al rojo, cambió por completo nuestra forma de ver y entender el Universo.
El espectro muestra las líneas características de un elemento. Los objetos al alejarse de nosotros presentan en su espectro un desplazamiento en la longitud de onda de las líneas espectrales respecto a como se ven en un laboratorio. Este efecto es el conocido como desplazamiento al rojo o efecto Doppler (un ejemplo de la vida común es la diferencia de como suena un sonido al aproximarse a nosotros su fuente (p.e. la sirena de una ambulancia) o a la alejarse). Sin embargo, hay varios tipos.

Desplazamiento al rojo Doppler
Es el más importante en las observaciones estelares. Como se indicó antes, es similar a lo que ocurre con el sonido de la sirena de una ambulancia según pasa delante de nosotros. Comparando las posiciones de las líneas espectrales conocidas en un laboratorio con las observadas en la estrella, podemos ver:
      z = delta(L) / L(0)
donde z es el desplazamiento al rojo, delta es la función de diferencia (p.e. si v(i) es velocidad inicial, v(f) es velocidad final, delta(v)=v(f)-v(i)), L la longitud de onda de la línea espectral observada y L(0) la longitud de onda de la línea espectral en el laboratorio.
También se establece que:
      z = v / c
donde v es la velocidad relativa del objeto y c la velocidad de la luz. Por ejemplo esta sencilla ecuación nos permitiría medir, mediante una análisis espectral, la velocidad de movimiento de las capas externas de las estrellas variables cefeidas.
Desplazamiento al rojo cosmológico
En 1926 Edwin Hubble determinó que la técnica del desplazamiento al rojo Doppler que gran número de galaxias presentaban un desplazamiento al rojo independientemente de la dirección en la que se observase. Presentando en un diagrama velocidad contra distancia (ver diagrama del post), aparece una correlación entre desplazamiento al rojo y distancia. La conclusión de semejante descubrimiento fue que el Universo se está expandiendo. El gradiente del gráfico es la llamada constante de Hubble, H(0). Originalmente el valor de H(0) fue 500 Kms/s.Mpc: estimaciones modernas calculan que el valor varía de 60 a 75 Kms/s.Mpc.
La explicación a este fenómeno es que un fotón es afectado por la expansión del espacio, alargando la longitud de onda, de modo que el fotón progresivamente presenta longitudes de onda más rojas. Hay que destacar que el desplazamiento al rojo Doppler es causado por el movimiento relativo de los cuerpos a través del espacio, mientras que el cosmológico es el resultado de la expansión cosmológica. Por tanto, la velocidad de recesión es solo una velocidad aparente. Se establece que:
      v = H(0) D      (Válida para distancias pequeñas)
      z = H(0) D / c       (Válida para distancias hasta 1000 Mpc)
donde v es la velocidad de recesión, z es el desplazamiento y D la distancia en Mpc. Estas medidas son sensibles a la incertidumbre del valor de H(0) y a las llamadas velocidades peculariares (El desplazamiento al rojo Doppler propio de un objeto debido a sus propios movimientos independientemente de la expansión del espacio)
Desplazamiento al rojo gravitacional
Los campos gravitatorios intentos (p.e. cerca de un agujero negro) pueden producir desplazamiento al rojo, pero no suele importante a efectos de determinación de distancias.
Se puede encontrar un fabuloso artículo sobre ondas gravitacionales en el blog Astrofísica y Física de Verónica Casanova.
image1p1607aw-crop

Crédito: Vídeo – NASA, ESA, and G. Bacon (STScI); science – NASA, ESA, P. Oesch (Yale University), G. Brammer (STScI), P. van Dokkum (Yale University), y G. Illingworth (University of California, Santa Cruz)

El Telescopio Espacial Hubble (NASA/ESA) ha logrado romper el record de distancia cósmica al observar una galaxia, a la que se ha denominado GN-z11, que existía 400 millones de años después del Big Bang, un 3% de la edad actual del Universo. El descubrimiento, realizado por un equipo internacional de astrónomos, será publicado en The Astrophysical Journal.

Hasta ahora el récord pertenecía a la galaxia EGSY8p7, con un valor z de 8,68. GN-z11 tiene un valor z de 11,1. Este nuevo descubrimiento permitirá profundizar en nuestros conocimientos del universo primitivo. Se puede ampliar información en el artículo “Hubble Team Breaks Cosmic Distance Record” de NASA.

R(t) nos indica como evoluciona el Universo. En el gráfico del post se puede ver como el Universo se expande a un ritmo descendiente lentamente. Así H(0) representa el gradiente de la curva. Si proyectamos la tangente hasta cruzar con el eje x (Que ocurre cuando R(t)=0) entonces tenemos el llamado Tiempo de Hubble. El Tiempo de Hubble es una estimación de la edad del universo:
   t = 1 / (H(0))
Esta edad es sólo precisa cuando el ritmo de expansión es constante, pero este caso solo se daría en un Universo vacío, carente de atracción gravitatoria. El modelo estándar, con un Universo con materia y densidad crítica, tendríamos:
   t = 2 / (3 x H(0))
Es importante ver que la edad del Universo, en cualquiera de los casos está en el orden de 1/H(0). También, es recomendable usar dichas ecuaciones en SI (1/s) en lugar de lo habitual (km/s·Mpc)
La mejor manera de ver su aplicación, es un ejemplo. Supongamos que tenemos un Universo vacío en el cual H(0) tiene un valor de 40 Kms/s·Mpc. En primer lugar convertimos el valor de H(0) al SI (multiplicar por 10^3 y dividir por 10^6 y por 3,086×10^16):
   t = 1 / H(0) = (1 / 40) x (10^6 x 3,086×10^16 / 10^3) = 7,7×10^17 segundos = 23.000.000.000 años
Si el valor de H(0) fuese 70 Kms/s·Mpc, tendríamos:
   t = 1 / H(0) = (1 / 70) x (10^6 x 3,086×10^16 / 10^3) = 4,5×10^17 segundos = 14.000.000.000 años
Multiverso es un término usado para definir los múltiples universos existentes (conjunto de universos en un solo universo), según las hipótesis que afirman que existen universos diferentes del nuestro propio. La estructura del multiverso, la naturaleza de cada universo dentro de él, así como la relación entre los diversos universos constituyentes, son un misterio.
¿Quieres saber más sobre este tema?
Entonces no te pierdas este documental: ¿En qué Universo estamos?
Pero recuerda, sólo estará disponible hasta el próximo 4 de febrero.

[Artículo cedido por Astrofísica y Física]

Imagen en rayos-X del XXL Survey. Región sur. Crédito: ESO

Telescopios del ESO han permitido a un equipo internacional de astrónomos observar en una tercera dimensión para buscar las mayores estructuras ligadas gravitacionalmente del Universo -los cúmulos de galaxias-. Las observaciones realizadas con el VLT y el complemento NTT además de otras instalaciones forman parte del estudio denominado XXL survey -uno de los mayores realizados para el estudio de cúmulos galácticos-.
Los cúmulos de galaxias son congregaciones masivas de galaxias que almacenan grandes cantidades de gas caliente -con temperaturas tan altas que generan rayos-X-. Estas estructuras son útiles para los astrónomos pues se cree que su creación está influenciada por extraños componentes -materia oscura y energía oscura-. Estudiando sus propiedades a diferentes etapas en la historia del Universo, los cúmulos de galaxias pueden ayudar a comprender mejor en lado oscuro del Universo.

El equipo, consistente en unos 100 astrónomos de todo el mundo, comenzó la cacería de los monstruos cósmicos en 2011. Aunque la radiación muy energética de los rayos-X que muestra su localización es absorbida por la atmósfera terrestre, puede ser detectada por observatorios espaciales de rayos-X. Así, se han combinado los datos del XMM-Newton de la ESA con observaciones realizadas desde el ESO y otros observatorios. El resultado es una enorme y creciente colección de datos a lo largo del espectro electromagnético, denominado como XXL Survey.
Según Marguerite Pierre, del CEA (Saclay, Francia), “El principal objetivo del XXL Survey es aportar una muestra bien definida de 500 cúmulos de galaxias de cuando el Universo tenía la mitad de su edad actual”.
El telescopio XMM-Newton ha captura imágenes de dos regiones del cielo -cada una de ellas cientos de veces el área de la Luna llena- en un intento de descubrir un gran número de cúmulos de galaxias previamente desconocidos. El equipo del XXL Survey ha publicado sus descubrimientos en una serie de papers usando los 100 cúmulos más brillantes descubiertos.
Observaciones con el instrumento EFOSC2 (instalado en el New Technology Telescope (NTT)) a la par de las realizadas con el instrumento FORS (instalado en el Very Large Telescope (VLT) del ESO) también han sido cuidadosamente analizadas. Han permitido al equipo medir con precisión las distancias a los cúmulos de galaxias, aportando la vista en tres dimensiones necesaria para realizar mediciones precisas de la materia oscura y energía oscura.
Se espera que el XXL Survey produzca muchos excitantes e inesperados resultados, pero incluso con una quinta parte de los datos, están encontrándose importantes y sorprendentes datos.
Uno de los papers explica el descubrimiento de cinco nuevos supercúmulos -cúmulos de cúmulos de galaxias-, tales como el nuestro, conocido como el supercúmulo Laniakea.
Otro de los papers muestra observaciones de un cúmulo de galaxias en concreto (conocido como XLSSC-116), situado a 6.000 millones de años luz. En este cúmulo, observado con el instrumento MUSE del VLT, se ha detectado luz difusa inusualmente brillante. Según Christoph Adami (Laboratoire d’Astrophysique, Marsella, Francia), coautor del paper, “Es la primera vez que somos capaces de estudiar en detalle la luz difusa de un cúmulo de galaxias distante, lo que muestra el poder del instrumento MUSE para estos valiosos estudios”.
El equipo ha usado también los datos para confirmar la idea de que los cúmulos de galaxias del pasado son versiones en menor escala de los observados actualmente -un importante hallazgo para la comprensión teórica de la evolución de los cúmulos a lo largo de la vida del Universo-.
El simple hecho de contar cúmulos de galaxias en los datos del XXL Survey ha confirmado un extraño resultado previamente conocido -que hay menos cúmulos distantes de los esperado en base a las predicciones de los parámetros cosmológicos medidos con el telescopio Planck de la ESA-. La razón para dicha discrepancia es desconocida, aunque el equipo espera encontrar alguna con el muestreo completo de cúmulos, en 2017.
Estos cuatro importantes resultados es únicamente el inicio de lo que nos aportará el masivo estudio de los objetos más masivos del Universo.
Fuente de la noticia: “XXL Hunt for Galaxy Clusters” de ESO.
Crédito: NASA/HST

El telescopio espacial Hubble (NASA/ESA) ha observado una supernova predicha por un equipo de investigadores. A pesar del titular y por ser concreto realmente no se ha predicho que una explosión supernova como tal ocurriese, sino más bien que observaríamos dicha explosión, la cual, ya había sido observada anteriormente. ¿Y cómo es posible?
Visualmente la supernova, conocida como Refsdal, está situada detrás de un cúmulo de galaxias conocido como MACS J1149.5+2223 situado a 5.000 millones de años luz de la Tierra. Debido a la gran gravedad ejercida por el cúmulo, la luz de la supernova, que está 4.300 millones de años luz más lejos de nosotros, es desviada. Esto se conoce como lente gravitatoria.

Esta desviación forma diferentes caminos para luz, y por lo tanto cada camino puede tener diferente longitud, y causar diferencias temporales en la llegada a nuestro planeta. La primera observación de la explosión supernova fue detectada hace una década. El pasado mes de abril cuatro nuevas imágenes de la explosión aparecieron, formando lo que se conoce como una Cruz de Einstein.
El equipo de investigadores usando modelos teóricos de cúmulos de galaxias pronosticó una posible sexta aparición. Y así fue. El pasado 11 de diciembre de 2015 el Hubble fotografió la nueva imagen de la supernova.
Este logro es de gran importancia pues permite calibrar la validez de los modelos cosmológicos existentes. 
Se puede ampliar información el artículo “Hubble captures first-ever predicted exploding star” de John Gideon Hartnett.

Tal día como hoy, hace 100 años Albert Einstein presentaba en la Academia Prusiana de las Ciencias su Teoría de la Relatividad General, una nueva y potente herramienta para comprender nuestro Universo, el espacio-tiempo y una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, la gravedad. 
Para celebrarlo os presentamos un magnífico artículo de Verónica Casanova que nos permitirá comprender mejor los aspectos fundamentales y más destacados de una teoría que revolucionó nuestra forma de ver el Universo en su conjunto. 
Prepárese para un viaje apasionante por la curvatura del espacio-tiempo….

La Relatividad General

1.- PASADO, PRESENTE Y FUTURO.
La teoría general de la relatividad de Albert Einstein es uno de los logros más imponentes de la física del siglo veinte. Publicada en 1916, explica lo que percibimos como fuerza de gravedad. De hecho, esta fuerza surge de la curvatura del espacio y del tiempo.
Einstein propuso que los objetos como el Sol y la Tierra variaban la geometría del espacio. En presencia de materia y energía, el espacio se puede deformar y estirar,formando cordilleras, montañas y valles que causan que los cuerpos se muevan por estas “rutas” curvas. Así que aunque la Tierra parezca moverse alrededor del Sol a causa de la gravedad,en realidad, tal fuerza no existe. Es simplemente la geometría del espacio-tiempo alrededor del Sol la que dice cómo debe moverse la Tierra.
La teoría de la relatividad general tiene consecuencias de largo alcance. No sólo explica el movimiento de los planetas, sino que también puede describir la historia y la expansión del Universo, la física de los agujeros negros, la curvatura de la luz de las estrellas y las galaxias distantes.
La relatividad general: la percepción de Einstein
En 1905, a la edad de 26 años, Albert Einstein propuso su teoría de la relatividad especial. La teoría conciliaba la física de los cuerpos en movimiento desarrollada por Galileo Galilei y Newton, con las leyes de la radiación electromagnética. Se postula que la velocidad de la luz es siempre la misma, independientemente del movimiento de la persona que lo mide. La relatividad especial implica que el espacio y el tiempo se entrelazan en un grado nunca antes imaginado.
A partir de 1907, Einstein comenzó a tratar de ampliar la relatividad especial para incluir la gravedad. Su primer éxito vino cuando estaba trabajando en una oficina de patentes en Berna, Suiza. “De repente un pensamiento me golpeó”, recordó. “Si un hombre cae libremente, no sentiría su peso … Este experimento mental simple … me llevó a la teoría de la gravedad”. Se dio cuenta de que existe una profunda relación entre los sistemas afectados por la gravedad y los que están acelerando.
El próximo paso adelante se produjo cuando Einstein introdujo las matemáticas geométricas desarrolladas por los matemáticos alemanes del siglo XIX Carl Friedrich Gauss y Bernhard Riemann. Einstein aplicó su trabajo para escribir las ecuaciones que relacionan la geometría del espacio-tiempo con la energía que contiene. Ahora conocidas como las ecuaciones de campo de Einstein, fueron publicadas en 1916, y sustituyeron a la ley de la Gravitación Universal de Newton. Estas ecuaciones siguen utilizándose hoy en día.
Usando la ley de la relatividad general, Einstein formuló una serie de predicciones. Demostró, por ejemplo, cómo su teoría explicaba el movimiento del planeta Mercurio. También predijo que un objeto masivo,como el Sol, debe distorsionar el camino que recorre la luz al pasar cerca de él. La geometría del espacio se comporta entonces como si fuera una lente.
Einstein también sostuvo que la longitud de onda de la luz emitida por una fuente cercana a un objeto masivo se debería estirar, es decir, debería sufrir un corrimiento hacia el rojo, ya que sale del espacio-tiempo curvado cercano al objeto masivo. Estas tres predicciones ahora se llaman las tres pruebas clásicas de la relatividad general.

La relatividad general.
En 1919, el astrónomo inglés Arthur Eddington  viajó a la isla de Príncipe situada en la costa de África occidental para ver si podía detectar la lente de la luz predicha por la relatividad general. Su plan era observar un cúmulo brillante de estrellas llamadas las Híades en el momento en el que el Sol pasaba delante de ellas. Para ver la luz de las estrellas, Eddington necesitaba un eclipse total de Sol para suprimir el resplandor del nuestra estrella.
Si la teoría de Einstein es correcta, las posiciones de las estrellas de las Híades deberían cambiar en un porcentaje aproximado de una parte entre dos mil de un grado.
Para señalar la posición de las Híades en el cielo, Eddington primero tomó una fotografía en la noche de Oxford. Luego, el 29 de mayo de 1919, fotografió a las Híades mientras yacían casi directamente detrás del Sol durante el eclipse total que se produjo ese día en la isla de Príncipe. Comparando las dos mediciones, Eddington fue capaz de demostrar que el cambio fue como Einstein había predicho y demasiado grande para ser explicado por la teoría de Newton.
Tras la expedición del eclipse, hubo cierta controversia en creer que los datos del análisis de Eddington habían sido correctos. Pero en la década de 1970, cuando las placas fotográficas fueron analizadas nuevamente, el análisis de Eddington demostró ser correcto.
El periódico The Times de Londres publicó: “triunfa la Teoría de Einstein”. A partir de entonces, a medida que se han demostrado más consecuencias de su teoría, la relatividad general se ha arraigado en el saber popular, con su descripción de un Universo en expansión y los famosos agujeros negros. En 1959, Robert Pound y Glen Rebka anunciaban la comprobación del corrimiento al rojo de la luz (corrimiento de la longitud de onda), emitida por una estrella que se aleja de la Tierra a gran velocidad, lo que constituía la tercera prueba clásica, propuesta por Einstein en 1907.
2. CÓMO LA RELATIVIDAD GENERAL DA FORMA A NUESTRO UNIVERSO
La teoría general de la relatividad de Einstein ha revelado que el Universo es un lugar extremo. Ahora sabemos que era caliente y denso, y que se ha expandido durante los últimos 13,7 mil millones años. También dedujo la existencia de regiones tan densas que deforman el espacio-tiempo, llamadas agujeros negros que atrapan todo lo que entran en sus garras.
Agujeros negros en la Teoría General de la Relatividad.
Poco después de que Einstein propusiera su teoría de la relatividad general, un físico alemán llamado Karl Schwarzschild encontró una de las primeras y más importantes soluciones a las ecuaciones de campo de Einstein. Ahora conocida como la solución de Schwarzschild, este resultado describe la geometría del espacio-tiempo alrededor de estrellas muy densas, teniendo algunas características muy extrañas.
Para empezar, justo en el centro de tales organismos, la curvatura del espacio-tiempo se hace infinita, formando una característica llamada singularidad. Una característica aún más extraña es una superficie esférica invisible, conocida como el horizonte de sucesos, alrededor de dicha singularidad. Nada, ni siquiera la luz, puede escapar del horizonte de sucesos. Casi se puede pensar en la singularidad de Schwarzschild como un agujero en el tejido del espacio-tiempo.
En la década de 1960, el matemático neozelandés Roy Kerr descubrió una clase más general de soluciones para las ecuaciones de campo de Einstein. Describen objetos densos que están girando, y son incluso más extraños que la solución de Schwarzschild.
Los objetos que las soluciones de Schwarzschild y de Kerr describen se conocen como agujeros negros. Aunque todavía no se ha visto directamente ningún agujero negro, hay pruebas abrumadoras de su existencia. Normalmente se detectan a través de los efectos que tienen en las inmediaciones de cuerpos astrofísicos tales como las estrellas o el gas.
El Universo en expansión.
Una de las predicciones más sorprendentes de la relatividad general la obtenemos si tenemos en cuenta lo que ocurre en el Universo en su conjunto.
Poco después de que Einstein publicara su teoría, el meteorólogo y matemático ruso Alexander Friedmann y el sacerdote belga Georges Lemaître demostraron que el Universo debe evolucionar en respuesta a toda la energía que contiene. Argumentaron que el Universo debería tener un inicio pequeño y denso, para expandirse y diluirse con el tiempo. Como resultado, las galaxias se alejarían unas de las otras.
Einstein no confiaba en esta conclusión de Friedmann y Lemaître, sino que él creía en un Universo estático. Pero un descubrimiento realizado por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble hizo que cambiara de idea.
Hubble analizó el alejamiento de las galaxias de la Vía Láctea. Descubrió que las galaxias distantes se alejan más rápido que aquellas que están relativamente cerca. Las observaciones de Hubble demostraron que el Universo se está expandiendo. Este modelo del cosmos fue conocido más tarde como el Big Bang.
En los últimos 20 años, un gran número de observaciones de gran alcance realizadas por los satélites y los grandes telescopios han aportado aún más evidencias de la evolución y expansión del Universo. Hemos obtenido una medida exacta de la tasa de expansión del Universo y de la temperatura de la radiación remanentes del Big Bang, y hemos podido observar galaxias jóvenes cuando el Universo estaba en su infancia. Ahora se acepta que el Universo tiene aproximadamente 13,7 mil millones de años.
3. FRONTERAS DE LA TEORÍA GENERAL DE LA RELATIVIDAD.
La relatividad general predice que el Universo está lleno de fenómenos exóticos. El espacio-tiempo puede temblar como la superficie de un estanque y parece estar lleno de una misteriosa forma de energía que está expandiendo el Universo. También es posible que el espacio-tiempo esté tan deformado que sea posible viajar hacia atrás en el tiempo.
Ondas gravitatorias.
Según la relatividad general de la relatividad, incluso el espacio-tiempo vacío de estrellas y galaxias, puede tener una vida propia. Las conocidas ondas gravitacionales se pueden propagar a través del espacio de la misma manera que las ondas repartidas en la superficie de un estanque.
Una de las pruebas restantes de la relatividad general es medir directamente las ondas gravitacionales. Con este fin, los físicos experimentales han construido el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitatorias (LIGO) en Hanford, Washington, y Livingston, Louisiana. Cada experimento consta de rayos láser que se reflejan entre espejos colocados hasta a 4 kilómetros de distancia. Si una onda gravitacional pasa a través del espejo, distorsiona ligeramente el espacio-tiempo, dando lugar a un cambio en los rayos láser. Al monitorizar las variaciones de tiempo en los rayos láser, es posible buscar los efectos de las ondas gravitacionales.
Nadie ha detectado una onda gravitacional directamente, pero tenemos pruebas indirectas de que existen, como las halladas en los púlsares.
El Universo oscuro.
El Universo en expansión predicho por la relatividad general se ha convertido en una teoría firmemente arraigada en la ciencia moderna. A medida que nuestra capacidad de observar galaxias lejanas ha mejorado, el mapa del Cosmos se ha ampliado, generando una imagen de un Universo que ha revelado características muy exóticas.
Para empezar, los astrónomos han sido capaces de medir la velocidad de las galaxias espirales distantes, y esto muestra que la periferia de las galaxias están girando demasiado rápido como para ser frenadas por la masa de las estrellas y el gas que contienen. Más masa es necesaria en las galaxias para generar la suficiente gravedad que muestran en su comportamiento.
La explicación popular es que las galaxias contienen grandes cantidades de otras formas de materia conocida como “materia oscura” porque no emite ni refleja la luz. La materia oscura se agrupa alrededor de las galaxias y los cúmulos de galaxias en bolas gigantescas conocidas como halos.
Gravedad cuántica.
La relatividad general es sólo uno de los pilares de la física moderna. El otro es la mecánica cuántica, que describe lo que sucede a escala atómica y subatómica. Su encarnación moderna, la teoría cuántica de campos, ha sido un éxito espectacular para describir y predecir el comportamiento de las partículas y las fuerzas fundamentales.
El principal desafío ahora es combinar las dos ideas en una teoría general, que se conocerá como la gravedad cuántica. Esta teoría sería crucial para explicar los primeros instantes del Big Bang, cuando el Universo era denso, caliente y pequeño, o lo que ocurre cerca de la singularidad en los núcleos de un agujero negro, donde los efectos de la física cuántica pueden competir con los de la relatividad general.
Aunque no existe todavía ninguna teoría definitiva de la gravedad cuántica, hay varias teorías candidatas siendo exploradas. Una de ellas es la teoría de cuerdas.