Materia oscura y Energía oscura/ El universo oscuro en fácil

¿Cuál es la naturaleza del universo oscuro?

 Tomado de la edición 25 º aniversario de Physics World, este artículo examina uno de las cinco grandes preguntas sin respuesta en la física seleccionados por los editores de la revista

Courtesy: Lynette Cook/Science Photo Library

Courtesy: Lynette Cook/Science Photo Library

 Poco más del 95% de nuestro universo se presenta en forma  de  energía oscura y la materia oscura que no podemos explicar ni detectar directamente. Catalina Heymans explora el enigma y se indica dónde vamos a ver la continuación en nuestra búsqueda de la oscuridad

 Este año la misión espacial Planck publicado exquisitas observaciones de los inicios del universo, ofreciendo sin embargo, la evidencia más fuerte de que el universo en que vivimos es muy oscuro por cierto. Sus resultados precisos muestran que nuestro universo se compone de 26,8% de materia oscura y el 68,3% de energía oscura, mientras que menos del 5% se compone de las cosas que conocemos en la Tierra. Con su larga búsqueda para hacer estas mediciones de precisión esencialmente ahora celebradas, los cosmólogos se están convirtiendo rápidamente su atención a una cuestión mucho más grande y de mayor alcance: ¿cuál es la naturaleza exacta de este universo oscuro?

 La materia oscura es exactamente lo que dice en la lata: es oscura y compuesta por una misteriosa sustancia que no emite ni absorbe luz. Lo único que sabemos es que existe debido a sus efectos gravitatorios sobre la materia normal que podemos ver. La energía oscura no está tan bien descrito por su etiqueta, es una fuente de energía invisible que impulsa la expansión post-Big-Bang, acelera misteriosamente el universo. Juntas, estas dos entidades oscuras juegan una batalla cósmica de proporciones épicas. Aunque la gravedad de la materia oscura atrae lentamente estructuras en el universo, los combustibles de energía oscura expanden aceleradamente del universo, por lo que es cada vez más difícil para las estructuras de la materia oscura crecer.

La opinión generalizada es que para entender realmente el universo oscuro, tendremos que recurrir a una nueva física que cambiará para siempre nuestra visión cósmica. Como la conclusión de esta misión oscura podría ser de  tan  gran alcance, los astrónomos se están acercando a la tarea con cuidado, utilizando una serie de observaciones independientes y meticulosas. Los esfuerzos incluyen la investigación del telescopio Lensing de Canadá-Francia-Hawaii, el que ha mapeado la red invisible de materia oscura, observando como esa masa curva el espacio tiempo, actuando como lente de la luz de galaxias muy distantes. Proyectos como el Sloan Digital Sky Survey están trazando con precisión la ubicación de miles de millones de galaxias, que rastrean estrechamente la distribución de la materia oscura ya que esta sustancia gravitatoriamente atractiva dicta dónde y cuándo se forman las galaxias. Las galaxias también llevan con ellas una señal grabada en la distribución de la materia normal justo después del Big Bang, que se puede ver en como las galaxias se agrupan en el cosmos hoy.

 La captura de la materia oscura

 Los astrónomos han puesto sus teorías de la materia oscura a prueba, al ver que una gran variedad de observaciones todos están de acuerdo con una teoría única, denominada “concordante cosmología ” (“concordant cosmology”) . Esta abrumadora cantidad de evidencia apoya la teoría de que la materia oscura está compuesta de “particulas de materia de interacción débil” (  Weakly Interacting Matter Particles (WIMP) , y el reto es ahora para los físicos de partículas como sacar y atrapar o crear una de ellas.

 Varios intentos se han hecho para atrapar una partícula de materia oscura, pero ninguna pista de éxito hasta ahora han sido más que controversial y abierta a la interpretación. El próximo gran paso en la búsqueda de una visión fugaz de una partícula de materia oscura en vuelo está tomando forma, pero no en el espacio sino que cerca de 1,5 kilómetros bajo las Black Hills de Dakota del Sur. El experimento LUX- ZEPLIN usará nueve toneladas de xenón líquido como su red de mariposas oscuras. La esperanza es que algunos de los miles de millones de WIMPs que atraviesan la Tierra cada segundo serán atrapados al chocar contra algunas de las partículas de xenón. ¿Qué tan exitoso este nuevo experimento será en su búsqueda para descubrir la naturaleza de la materia oscura? dependerá en mucho que de lo que un wimp de partícula de materia oscura resulte ser. La detección directa incuestionable de una partícula de materia oscura sería uno de los descubrimientos más importantes de este siglo, finalmente confirmar la teoría de Fritz Zwicky , que fue ridiculizado cuando la propuso en 1933

 La exposición de la energía oscura

 Mientras que la comunidad astronómica está bastante unida en postular la existencia de una partícula de materia oscura invisible, lo mismo no puede decirse de su apoyo a una explicación tan simple para la energía oscura. Las observaciones de que la expansión del universo se está acelerando son las más fáciles de explicar teniendo en cuenta la energía extra asociada con el vacío que impregna el universo (Nota del Traductor: El vacío cuántico tiene energía). Según la teoría cuántica, el espacio vacío está lleno con una nube de partículas virtuales con un amplio rango de masas que pueden surgir brevemente dentro y fuera de la existencia. Como la masa y la energía son equivalentes, el creciente vacío dentro de un universo en expansión actúa como un banco de energía ilimitada, inflando todo el universo a una velocidad acelerada.

 Desafortunadamente, hay un problema con esta solución de vacío simple y elegante para la naturaleza de la energía oscura. Los físicos de partículas puede hacer una estimación teórica de la energía del vacío y se encuentran con que es de 120 órdenes de magnitud (Nota del traductor: un uno con 120 ceros) mayor que la energía oscura que los resultados de Planck muestran. Esta discrepancia salvaje ha abierto una amplia gama de nuevas e interesantes teorías de energía oscura, incluyendo modelos exóticos como un multiverso que se asemeja al interior de una tableta de chocolate Aero. Quizás nuestro universo es una burbuja de chocolate Aero jalado por nuestro vecino universo Aero-burbuja.

Barra de Chocolate AERO

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 Muchos cosmólogos creen que el fenómeno de la energía oscura indica que tenemos que mirar más allá de la teoría de la relatividad general de Einstein. Mediante la observación de cómo las estructuras de materia oscura cambian con el tiempo cósmico, podemos investigar cómo evoluciona la energía oscura y verificar la gravedad  por primera vez en escalas cosmológicas. Al igual que Einstein revolucionó nuestra comprensión de la gravedad de Newton, confirmando a través de observaciones del sistema solar, las nuevas observaciones de la gravedad a escalas cosmológicas podrían provocar una nueva revolución en nuestra comprensión de la gravedad.

La distorsión de la luz de unas 10 millones de galaxias, que se curba a su paso cúmulos de materia oscura, se ha demostrado que la materia oscura en el universo se distribuye como una red de gigantescas regiones densas ( color blanco), separadas por un inmenso vacío. (Cortesía : Van Waerbeke, Heymans, Canada-France-Hawaii Encuesta Lensing Telescope)

La distorsión de la luz de unas 10 millones de galaxias, que se curba a su paso cúmulos de materia oscura, se ha demostrado que la materia oscura en el universo se distribuye como una red de gigantescas regiones densas ( color blanco), separadas por un inmenso vacío. (Cortesía : Van Waerbeke, Heymans, Canada-France-Hawaii Encuesta Lensing Telescope)

 Dos nuevos proyectos internacionales importantes conducirán nuestra búsqueda para descubrir lo que las partículas de materia oscura son y por qué la expansión de nuestro universo se está acelerando, aparentemente. El satélite Euclid, que se lanzará en 2020, nos dará la imagen del cielo oscuro completo por encima de la Tierra, mientras que el Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos, por ver primera luz en 2019, nos dará la imagen del cielo lleno meridional desde la cima de las montañas en Chile. Ambos proyectos se trazarán el universo distante con exquisita precisión, utilizando una amplia gama de herramientas cosmológicas para trazar la evolución de las estructuras de materia oscura y documentar la expansión y la curvatura del espacio y el tiempo desde hace 10 millones de años hasta la actualidad. Tiempos emocionantes están por delante para nuestra comprensión de la física fundamental que rige el lado oscuro del universo.

 

Sobre el autora Catherine Heymans

 Catalina Heymans es una profesor adjunto de astrofísica en la Universidad de Edimburgo, Reino Unido, y miembro de la Academia de Jóvenes de Escocia (Young Academy of Scotland)

 

 Traducción libre desde:
Physics World – the member magazine of the Institute of Physics http://physicsworld.com/cws/article/indepth/2013/oct/03/what-is-the-nature-of-the-dark-universe.

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Una respuesta a “Materia oscura y Energía oscura/ El universo oscuro en fácil

  1. Martín Jaramillo

    Las actuales teorías no explican el 95% del Universo.
    Es importante escuchar y analizar nuevas teorías con nuevos enfoques.
    Si quieres conocer una nueva teoría sobre el Universo solicítala gratuitamente a: martinjaramilloperez@gmail.com

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