martes, 26 de julio de 2011

Sin privilegios: confirmación del principio copernicano a escala de gigaparsecs.

Inhomogeneidades a corta distancia en una imagen de campo profundo del Hubble.


La constante de Hubble recibe su nombre por Edwin Hubble, el astrónomo cuyo trabajo demostró que el universo se expande. Esta constante mide la velocidad a la que dicha expansión tiene lugar. Por otra parte, se atribuye a Nicolaus Copernicus la afirmación de que la Tierra no ocupa una posición de privilegio en el Sistema Solar; esta idea se ha extrapolado a lo que se llama el principio copernicano, esto es, que la Tierra no ocupa ninguna posición central, ni especialmente favorecida en un universo por lo demás homogéneo. Según el principio copernicano la medición del valor experimental de la constante de Hubble en cualquier punto del universo debería arrojar el mismo valor.

Pero, ¿qué ocurriría si el principio copernicano no se cumpliese? Imaginemos que la Tierra estuviese en el centro o cerca del centro de una región del espacio interestelar de muy baja densidad de materia (un vacío relativo). La burbuja de vacío que rodea la Tierra estaría rodeada por regiones con una densidad de materia muy superior que tendría el efecto de atraer fuertemente a la materia situada en las cercanías del centro de esa burbuja. Consecuentemente, las estrellas dentro de esta “burbuja de Hubble” se verían aceleradas alejándose de la Tierra mucho más rápidamente que la expansión general del universo. Si nos fijamos tenemos de una forma simple una explicación alternativa al universo con una expansión acelerada que no necesita recurrir a la energía oscura. Este punto hace que los modelos llamados del vacío mantengan su popularidad en algunos ámbitos, a pesar de que la evidencia experimental (indirecta) a favor de la energía oscura nos debería llevar a descartarlos.

Ahora, Pengjie Zhang, del Observatorio Astronómico de Shanghai (China), y Albert Stebbins, del Fermilab (Estados Unidos) demuestran que tanto el modelo del vacío como otros que intentan reemplazar la energía oscura, no son consistentes con los datos observados. Su trabajo aparece publicado en Physical Review Letters.

Los investigadores básicamente se hacen dos preguntas muy sencillas: ¿qué tamaño tendría que tener la burbuja de Hubble para ser coherente con los datos del universo observado?, y ¿qué consecuencias observables tendría una burbuja de este tamaño? La observación del universo muestra que este es homogéneo al menos hasta la escala de los gigaparsecs. Y esto ¿es mucho o poco? Un gigaparsec (1 Gpc) es equivalente a 3.226 millones de años luz; por si el número no nos dice nada consideremos que el límite del universo observable está a 14 Gpc. Por lo tanto, la burbuja tendría un tamaño significativo y una inhomogeneidad así debería hacerse notar. Específicamente, Zhang y Stebbins afirman que, en el caso de que existiese una burbuja de Hubble de ese tamaño, debería poder detectarse como un cambio de temperatura significativo en la radiación de fondo de microondas (RFM), esos fotones que son una reliquia originada sólo 400.000 años después del Big Bang. Pero esas diferencias de temperatura no han sido detectadas por los telescopios que estudian la RFM.

Si bien el trabajo de Zhang y Stebbins no puede descartar violaciones más sutiles del principio copernicano, sí establece una barrera muy difícilmente superable para futuros modelos.

Referencia:

Zhang, P., & Stebbins, A. (2011). Confirmation of the Copernican Principle at Gpc Radial Scale and above from the Kinetic Sunyaev-Zel’dovich Effect Power Spectrum Physical Review Letters, 107 (4) DOI: 10.1103/PhysRevLett.107.041301