El mejor momento cosmológico

Según un estudio el mejor momento para extraer información sobre el Cosmos no es ahora, sino que se dio hace tiempo.

Desde hace unos años se viene especulando sobre cómo será el Universo en el futuro y cómo condicionará la capacidad de sus habitantes futuros de hacer una Cosmología correcta.

Se cree que en un futuro muy lejano nuestro cúmulo galáctico local, formado por la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda y unas pocas galaxias enanas colapsarán en una sola galaxia: Lactómeda. Nada más se podrá ver en el Universo, todas las demás galaxias y cúmulos de galaxias habrán desaparecido del horizonte observacional de los habitantes de Lactómeda debido a la expansión acelerada del Universo, ya con una velocidad de recesión superior a la de la luz.
Sólo la gravedad local de Lactómeda retendrá un poco de materia, el resto será un inmenso espacio vacío. Ese espacio vacío será muy similar geométricamente a un universo de De Sitter con Lactómeda en su centro.

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Tampoco habrá fondo cósmico de microondas, pues la longitud de onda de esos fotones será tal que ningún instrumento los podrá registrar.

Las proporciones isotópicas de los elementos tampoco permitirán deducir la nucleosíntesis primordial, pues las estrellas habrán tenido tiempo suficiente para contaminar con elementos pesados el medio. Es decir, todas las huellas y pistas cosmológicas que a nosotros nos permitieron deducir la expansión cósmica y el Big Bang habrán desparecido para siempre en un futuro. Se establecerá un límite absoluto al conocimiento. En un universo tan pobre no puede haber un nuevo Edwin Hubble que deduzca el corrimiento al rojo de otras galaxias porque no habrá otras galaxias, ni tampoco un Penzias y Wilson que midan los rescoldos del Big Bang. En otros lugares del actual Universo pasará lo mismo y sólo habrá galaxias únicas aisladas totalmente del resto para siempre. El universo seguirá expandiéndose y a un ritmo cada vez más rápido, pero no habrá puntos de referencia que lo indiquen.

Los habitantes de Lactómeda no podrán saber, lo que nosotros sabemos. O, al menos, eso es lo que se afirmaba hasta hace poco. Sin embargo, en un estudio sobre el que nos hicimos eco en NeoFronteras vimos que era posible para esos futuros habitantes hacer Cosmología basándose en unas pocas pistas.
La pregunta interesante es saber si ya ahora hemos perdido algún tipo de información que nos impida saber algo fundamental del Universo. Quizás haya algún otro tipo de límite impuesto al conocimiento en algún momento del pasado. También es interesante plantearse cuándo fue el mejor momento para hacer Cosmología. Hasta hace poco se suponía que vivíamos en un momento privilegiado del Cosmos para hacer eso.

Ahora Avi Loeb, de la Universidad de Harvard, sostiene que el mejor momento para hace Cosmología se dio hace 13.000 millones de años, es decir, unos 500 millones de años después del Big Bang y que conforme se “viaja” más hacia el futuro más información se pierde. Si embargo, todavía hay pistas suficientes que nos permiten saber cómo comenzó todo.

Si el Universo hubiese partido de un estado perfectamente homogéneo e isótropo no se hubieran formado estrellas y galaxias. Había pequeñas irregularidades que permitieron a la gravedad operar y concentrar materia. Gran parte de la Cosmología moderna versa sobre el estudio de este fenómeno. Si observamos esas arrugas cósmicas podemos saber las condiciones de partida del Cosmos. Lo malo es que no siempre es fácil recabar información de algo que sucedió hace miles de millones de años.

Según este investigador hay dos procesos que compiten para definir el mejor momento para observar el Cosmos. En un universo muy joven el horizonte observacional está muy cerca, pues a la luz no le ha dado tiempo viajar mucha distancia. Según el Universo envejece se puede ver más allá. Pero, por otro lado, en un Universo viejo, aunque se tiene un horizonte grande, a la materia le ha dado mucho tiempo de juntarse gravitatoriamente y formar objetos. Esto último borrar información sobre las condiciones iniciales a pequeña escala.
Según los cálculos que ha realizado este investigador, el mejor momento para estudiar las perturbaciones cósmicas fue al cabo de 500 millones de años tras el Big Bang. En ese momento se estaban formando las primeras galaxias y estrellas.

Pero esto no es casual. Como la información del universo temprano se pierde cuando se forman las primeras galaxias, el mejor momento para ver las perturbaciones cósmicas es justo cuando éstas se empiezan a formar.
La buena noticia es que todavía no es demasiado tarde. Los cosmólogos modernos pueden todavía acceder a ese momento desde la distancia usando radiotelescopios que observen la radiación de 21 cm del gas de hidrógeno emitida en ese tiempo y que habrá viajado 13.000 millones de años (y que presumiblemente su longitud de onda debe haberse alargado en proporción).
Como el Universo está acelerando su expansión corremos el riesgo de las galaxias u otros objetos situados al borde del universo visible sean “empujados” más allá del horizonte observacional y que su luz nunca nos llegue. En un momento entre las 10 y 100 veces la edad actual del Universo los cosmólogos no podrán observar esas estructuras.

Fuente  http://neofronteras.com/?p=3843

Fuentes y referencias:
Harvard Smithsonian.
Artículo original.

Abróchese el cinturón, vamos a viajar con la imaginación en el tiempo hasta un momento en el que el Universo tal y como lo conocemos habrá ya desaparecido. En nuestra máquina imaginaría del tiempo vamos a sufrir la mayor aventura de todos los tiempo y viajar no un millón de años, ni mil millones de años, sino un billón de años en el futuro.

La Tierra, los humanos y sus descendientes desparecieron hace muchos millones de siglos y de ellos no queda ni el recuerdo. En ese tiempo, nuestro cúmulo galáctico local, formado por la Vía Láctea, la galaxia de Andrómeda y unas pocas galaxias enanas habrán ya colapsado en una sola galaxia: Lactómeda. Nada más se podrá ver en el Universo, todas las demás galaxias y cúmulos de galaxias habrán desaparecido del horizonte observacional de los habitantes de Lactómeda debido a la expansión acelerada del Universo, ya con una velocidad de recesión superior a la de la luz. Sólo la gravedad local de Lactómeda ha podido retener un poco de materia, el resto es un inmenso espacio vacío. Ese espacio vacío es muy similar geométricamente a un universo de De Sitter con Lactómeda en su centro.
Tampoco hay fondo cósmico de microondas, pues la longitud de onda de esos fotones es tal que ningún instrumento los puede registrar. Las proporciones isotópicas de los elementos tampoco permiten deducir la nucleosíntesis primordial, pues las estrellas han tenido tiempo suficiente para contaminar con elementos pesados el medio. Es decir, todas las huellas y pistas cosmológicas que a nosotros nos permitieron deducir la expansión cósmica y el Big Bang han desparecido para siempre desde hace mucho tiempo. Se ha establecido un límite absoluto al conocimiento. En un universo tan pobre no puede haber un nuevo Edwin Hubble que deduzca el corrimiento al rojo de otras galaxias porque no habrá otras galaxias, ni tampoco un Penzias y Wilson que midan los rescoldos del Big Bang. En otros lugares del actual Universo ha pasado lo mismo y sólo hay galaxias únicas aisladas totalmente del resto para siempre. El universo sigue expandiéndose y a un ritmo cada vez más rápido, pero no hay puntos de referencia que lo indiquen.


Los habitantes de Lactómeda no saben, no pueden saber, lo que nosotros sabíamos. O, al menos, eso es lo que se afirmaba hasta hace poco. Ahora (ya estamos de vuelta en nuestro tiempo, cortesía de las máquinas imaginarias del tiempo que permiten este tipo de ejercicios) Avi Loeb, del Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, dice que hay esperanzas de que los lactomedanos puedan hacer cosmología con rigor.
Según Loeb, una futura civilización avanzada de Lactómeda podría deducir la existencia del Big Bang y nuestras teorías cosmológicas actuales gracias a las fuentes de luz más distantes disponibles en su tiempo: las estrellas de hipervelocidad lanzadas desde el corazón de Lactómeda. Estas estrellas permitirán a esos seres aprender acerca de la expansión cósmica y reconstruir el pasado del Universo.

Cada 100.000 años aproximadamente un sistema binario de estrellas pasa demasiado cerca del agujero negro supermasivo del centro de nuestra galaxia, una de las estrellas del sistema cae en el agujero negro y la otra es despedida a más de un millón de km/h y eyectada de la Vía Láctea. Es de esperar que esto siga pasando tanto en nuestra galaxia como en la futura Lactómeda.
Esas hipotéticas futuras civilizaciones pueden ser muy avanzadas y ser capaces de encontrar esas estrellas, que se encontrarán a distancias enormes. No será fácil, pero probablemente contarán con tecnología que no podemos ni imaginar.
Gracias al corrimiento al rojo de esas estrellas podrán deducir la expansión cosmológica (una vez restado el efecto Doppler constante propio de la velocidad de estas estrellas) pues estas estrellas, una vez desligadas de Lactómeda, sufrirán las expansión cosmológica y serán aceleradas por dicha expansión. Cuanto más lejos se encuentren dichas estrellas más rápido parecerán alejarse de los lactomedanos y ellos podrán deducir la ley que nosotros llamamos ley de Hubble.
A partir de los datos obtenidos podrán saber la edad del Universo en ese momento y deducir parámetros cosmológicos tales como la constante cosmológica. Podrán hacer ciencia y no tendrán que asumir el Big bang con un acto de fe.
La pregunta interesante es saber si ya ahora hemos perdido algún tipo de información que nos impida saber algo fundamental del Universo, algo que nunca sabremos por algún otro tipo de límite impuesto al conocimiento en algún momento del pasado.
Esperemos que mientras pensamos sobre estas cosas ninguna estrella de hipervelocidad pase cerca de nuestro sistema solar.

 http://neofronteras.com/?p=3474

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.

Foto: David A. Aguilar (CfA).

It now seems that our entire universe is living on borrowed time. How long it can survive depends on whether Stephen Hawking's theory checks out. Special thanks to Ivan Bridgewater for use of footage.

Time is flying by on this busy, crowded planet... as life changes and evolves from second to second.

And yet the arc of human lifespan is getting longer: 65 years is the global average ... way up from just 20 in the Stone Age.

Modern science, however, provides a humbling perspective. Our lives... indeed the life span of the human species... is just a blip compared to the age of the universe, at 13.7 billion years and counting.

It now seems that our entire universe is living on borrowed time...

And that even it may be just a blip within the grand sweep of deep time.

Scholars debate whether time is a property of the universe... or a human invention.

What's certain is that we use the ticking of all kinds of clocks... from the decay of radioactive elements to the oscillation of light beams... to chart and measure a changing universe... to understand how it works and what drives it.

Our own major reference for the passage of time is the 24-hour day... the time it takes the Earth to rotate once. Well, it's actually 23 hours, 56 minutes and 4.1 seconds... approximately... if you're judging by the stars, not the sun.

Earth acquired its spin during its birth, from the bombardment of rocks and dust that formed it.

But it's gradually losing that rotation to drag from the moon's gravity.

That's why, in the time of the dinosaurs, a year was 370 days... and why we have to add a leap second to our clocks about every 18 months.

In a few hundred million years, we'll gain a whole hour.

The day-night cycle is so reliable that it has come to regulate our internal chemistry.

The fading rays of the sun, picked up by the retinas in our eyes, set our so-called "circadian rhythms" in motion.

That's when our brains begin to secrete melatonin, a hormone that tells our bodies to get ready for sleep. Long ago, this may have been an adaptation to keep us quiet and clear of night-time predators.

Finally, in the light of morning, the flow of melatonin stops. Our blood pressure spikes... body temperature and heart rate rise as we move out into the world.

Over the days ... and years... we march to the beat of our biology.

But with our minds, we have learned to follow time's trail out to longer and longer intervals.

Philosophers have wondered... does time move like an arrow... with all the phenomena in nature pushing toward an inevitable end?

Or perhaps, it moves in cycles that endlessly repeat... and even perhaps restore what is there?

We know from precise measurements that the Earth goes around the sun once every 365.256366 days.

As the Earth orbits, with each hemisphere tilting toward and away from its parent star, the seasons bring on cycles of life... birth and reproduction... decay and death.

Only about one billionth of the Sun's energy actually hits the Earth. And much of that gets absorbed by dust and water vapor in the upper atmosphere.

What does make it down to the surface sets many planetary processes in motion.

You can see it in the annual melting and refreezing of ice at the poles... the ebb and flow of heat in the tropical oceans...

The seasonal cycles of chlorophyll production in plants on land and at sea... and in the biosphere at large.

These cycles are embedded in still longer Earth cycles.

Ocean currents, for example, are thought to make complete cycles ranging from four to around sixteen centuries.

Moving out in time, as the Earth rotates on its axis, it completes a series of interlocking wobbles called Milankovic cycles every 23 to 41,000 years.

They have been blamed for the onset of ice ages about every one hundred thousand years.

Then there's the carbon cycle. It begins with rainfall over the oceans and coastal waves that pull carbon dioxide into the sea.

The mind-blowing answer comes from a theory describing the birth of the universe in the first instant of time.

The universe has long captivated us with its immense scales of distance and time.

How far does it stretch? Where does it end... and what lies beyond its star fields... and streams of galaxies extending as far as telescopes can see?

These questions are beginning to yield to a series of extraordinary new lines of investigation... and technologies that are letting us to peer into the most distant realms of the cosmos...

But also at the behavior of matter and energy on the smallest of scales.

Remarkably, our growing understanding of this kingdom of the ultra-tiny, inside the nuclei of atoms, permits us to glimpse the largest vistas of space and time.

In ancient times, most observers saw the stars as a sphere surrounding the earth, often the home of deities.

The Greeks were the first to see celestial events as phenomena, subject to human investigation... rather than the fickle whims of the Gods.

One sky-watcher, for example, suggested that meteors are made of materials found on Earth... and might have even come from the Earth.

Those early astronomers built the foundations of modern science. But they would be shocked to see the discoveries made by their counterparts today.

The stars and planets that once harbored the gods are now seen as infinitesimal parts of a vast scaffolding of matter and energy extending far out into space.

Just how far... began to emerge in the 1920s.

Working at the huge new 100-inch Hooker Telescope on California's Mt. Wilson,

astronomer Edwin Hubble, along with his assistant named Milt Humason, analyzed the light of fuzzy patches of sky... known then as nebulae.

They showed that these were actually distant galaxies far beyond our own.

Hubble and Humason discovered that most of them are moving away from us. The farther out they looked, the faster they were receding.

This fact, now known as Hubble's law, suggests that there must have been a time when the matter in all these galaxies was together in one place.

That time... when our universe sprung forth... has come to be called the Big Bang.

How large the cosmos has gotten since then depends on how long its been growing... and its expansion rate.

Recent precision measurements gathered by the Hubble space telescope and other instruments have brought a consensus...

That the universe dates back 13.7 billion years.

Its radius, then, is the distance a beam of light would have traveled in that time ... 13.7 billion light years.

That works out to about 1.3 quadrillion kilometers.

In fact, it's even bigger.... Much bigger. How it got so large, so fast, was until recently a deep mystery.

That the universe could expand had been predicted back in 1917 by Albert Einstein, except that Einstein himself didn't believe it...

until he saw Hubble and Humason's evidence.

Einstein's general theory of relativity suggested that galaxies could be moving apart because space itself is expanding.

So when a photon gets blasted out from a distant star, it moves through a cosmic landscape that is getting larger and larger, increasing the distance it must travel to reach us.

In 1995, the orbiting telescope named for Edwin Hubble began to take the measure of the universe... by looking for the most distant galaxies it could see.

Taking the expansion of the universe into account, the space telescope found galaxies that are now almost 46 billion light years away from us in each direction... and almost 92 billion light years from each other.

And that would be the whole universe... according to a straightforward model of the big bang.

But remarkably, that might be a mere speck within the universe as a whole, according to a dramatic new theory that describes the origins of the cosmos.

It's based on the discovery that energy is constantly welling up from the vacuum of space in the form of particles of opposite charge... matter and anti-matter.

El Universo de Stephen Hawking

Cosmology

Leonard Susskind's Modern Physics concentrating on Cosmology. Recorded January 13, 2009 at Stanford University.

This Stanford Continuing Studies course is the fifth of a six-quarter sequence of classes exploring the essential theoretical foundations of modern physics. The topics covered in this course focus on classical mechanics. Leonard Susskind is the Felix Bloch Professor of Physics at Stanford University.

Stanford University:
http://www.stanford.edu

Stanford Continuing Studies:
http://continuingstudies.stanford.edu/

About Leonard Susskind:
http://www.stanford.edu/dept/physics/people/faculty/susskind_leonard.html

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