lunes, 15 de marzo de 2010

5 Enigmas de la Astronomía

A continuación presentaremos los 5 grandes enigmas de la astronomía moderna, aunque existen varios misterios más (algunos compartidos con la física), se hará énfasis en 5 de ellos particularmente relevantes.

¿Por qué existe materia en el Universo?

Actualmente, la mayoría de los científicos aceptan la teoría de que el universo tuvo su origen en el llamado Big Bang. Cuando el Universo era extremadamente joven y caliente debió, por argumentos de simetría, existir igual cantidad de partículas y antipartículas, esto implica que con el paso del tiempo, la materia y la antimateria se hubieran aniquilado mutuamente, existiendo sólo radiación y nada de materia (o de antimateria). Pero sabemos que eso no sucedió (obviamente, estamos aquí). Se ha propuesto que durante aquellos momentos brevísimos, existieron procesos asimétricos que permitieron que se estableciera un ligero desbalance en las cantidades de materia y antimateria, por lo que en la aniquilación de las partículas y antipartículas, sobrevivió una pequeña fracción de materia, con la que, con el tiempo, se formó todo el universo que hoy podemos observar. Los procesos que causaron esta afortunada asimetría siguen actuando hoy, pero de una manera muy poco frecuente. De hecho, su extrapolación a la actualidad lleva a una predicción perturbadora: el protón, uno de los bloques básicos de la materia, no debe existir infinitamente. Actualmente, se ha probado que los mesones B (Partículas formadas por un quark y un anti-cuark) decaen de manera diferente que los anti-mesones B, lo que puede explicar cómo en el inicio del universo, por procesos ligeramente distintos de decaimiento, la materia logró sobrevivir a la aniquilación con la antimateria.

¿Cuál es la fuente de energía de los núcleos de las galaxias activas y los quásares?

Los núcleos de algunas galaxias (llamadas activas) y los quásares (núcleos activos de galaxias jóvenes) generan potencias extraordinarias, llegando en ciertos casos a billones de veces más de las que genera el Sol. El problema no puede explicarse proponiendo que simplemente ahí reside un billón de estrellas, porque los espectros de los núcleos de las galaxias activas y los quásares son muy diferentes a los de las estrellas. Más aún, las regiones involucradas son relativamente pequeñas y sería imposible empacar ahí un billón de estrellas.
El modelo más favorecido que soluciona este problema, involucra a un agujero negro súper masivo (con cientos de millones de masas solares) en el centro de las galaxias (y quásares), cuyo alrededor gira un disco de gas. Al rotar alrededor del agujero negro, el gas se calienta a muy altas temperaturas y emite enormes cantidades de energía, antes de ser tragado. Sin embargo, aún no se ha podido ratificar observacionalmente este modelo (aunque es bastante aceptado en la actualidad). Los agujeros negros se han propuesto para explicar una gran variedad de fenómenos, porque son muy eficientes en transformar energía gravitacional en radiación.

¿Cuál es la composición del universo?

El universo está formado por todas las cosas que podemos observar; estrellas, asteroides, planetas, polvo cósmico, helio, hidrógeno, etc., pero todo esto es menos de un 5% de lo que debe existir en el universo para que éste se comporte como lo hace. Actualmente, se acepta que de la totalidad de energía del universo, un 4% está asociado a la materia barionica (átomos), el 22% a la materia oscura y el 74% restante corresponde a la (mal llamada) energía oscura.
La materia oscura es una forma de materia hipotética que tiene más masa que la materia visible, pero que a diferencia de ésta última, no interactúa con la fuerza electromagnética. Los científicos infieren su presencia porque tiene efectos gravitacionales en la materia visible. Por ejemplo, las velocidades de rotación de las galaxias, las velocidades orbitales de las galaxias dentro de los cúmulos y la distribución de las temperaturas de los gases de las galaxias, apuntan a que tiene que haber algo más que somos incapaces de detectar.
La energía oscura es probablemente el mayor misterio de la cosmología actual y su enigmática existencia ofrece la mejor explicación, hasta el momento, acerca de por qué el universo se expande a una tasa acelerada. Se supone que la energía oscura es una forma hipotética de materia, que tiene la propiedad de producir una presión negativa y por ende una fuerza gravitacional repulsiva. Existen dos modelos, según los cuales la energía oscura permea el universo de forma heterogénea, o bien cambia de densidad y energía en ciertos momentos/lugares. Los científicos concuerdan en que tiene baja densidad y no interactúa con las fuerzas fundamentales, excepto con la gravedad.

¿Mueren los agujeros negros?

Uno de los resultados más interesantes del genial Stephen Hawking, es que los agujeros negros no sólo "mueren", sino se "evaporan". Esto se debe a la llamada radiación Hawking, un efecto cuántico producido en el límite del horizonte de sucesos del agujero negro, en donde por las fluctuaciones del vacío, un miembro del par partícula- antipartícula puede caer al agujero negro (reduciendo su masa), y la otra escapar en forma de radiación. Este resultado predice que los agujeros negros tienen una vida finita (pero bastante larga, varias veces mayor que la del universo), además éstos irán reduciendo su masa de manera inversamente proporcional a esta (es decir entre más pequeño, se "evapora" más rápido). Otro resultado interesante, es que un agujero negro de escala subatómica debería evaporarse casi inmediatamente (lo que es bastante tranquilizador en el caso de que el LHC cree uno de estos).

¿Existe el Bosón de Higgs y oculta los secretos del Universo?

Durante más de dos décadas, los científicos han estado buscando uno de los objetos más elusivos en el universo, el Bosón de Higgs o también llamado "Partícula de Dios", aquella partícula que le confiere la masa a todas las cosas del cosmos. Es una partícula teórica, nunca vista. El bosón de Higgs es famoso por ser la única partícula predicha por el Modelo Estándar de la Física que permanece no detectada. En teoría, todas las demás partículas en este universo obtienen su masa al interactuar con el campo creado por los bosones de Higgs. Si el Higgs es descubierto, el modelo estándar puede anunciar que es la teoría que unifica 3 de las 4 fuerzas fundamentales (no considera a la gravedad). El LHC (Gran Colisionador de Hadrones) pretende descubrir esta famosa partícula, lo que sin dudas traerá muchas nuevas interrogantes, ya que si se descubre el Bosón de Higgs, y de cierta manera se valida el modelo estándar, ahora tendríamos que luchar contra muchas de las fallas y omisiones de este modelo, como no considerar la gravedad y no explicar la materia oscura. De cualquier manera, las respuestas que nos entregue el LHC abrirán una nueva era, tanto para la física, como para la astronomía.

2 comentarios:

Anónimo dijo...

El misterio mas grande, es precisamente saber si la humanidad lograra resolver varias de estas incógnitas.

Tomas dijo...

muy interesante el articulo, me gusto en especial el 4 enigma el de los agujeros negros. gracia spor compartir.