El misterioso “flujo oscuro” observado a más profundidad en el Universo

Misteriosamente, lejanos cúmulos de galaxias se deplazan a millones de kilómetros por hora siguiendo un camino que se centra aproximadamente en las constelaciones boreales de Centauro e Hydra. Un nuevo estudio,dirigido por Alexander Kashlinsky del Goddard Space Flight Center de NASA, ha estudiado este movimiento colectivo —al que se le ha puesto el nombre de “flujo oscuro”— al doble de la distancia que se conocía antes.

(Pulsar sobre la imagen para ampliarla)

Las bolitas de colores son las agrupaciones en uno de los cuatro rangos de distancia. Los colores más rojos indican mayor distancia. Las elipses de color muestran la dirección del movimiento principal de los grupos del color correspondiente. También se muestran imágenes de grupos representantivos de galaxias ubicados a cada una de las distancias . Crédito: NASA / Goddard / A. Kashlinsky, et al

“Esto no es algo que estuviésemos buscando, pero tampoco lo podemos hacer desaparecer”, comenta Kashlinsky. “Ahora vemos que persiste a distancias mucho mayores, tan lejos como 2.500 millones de años-luz”. El nuevo estudio aparece en el ejemplar del 20 de marzo de The Astrophysical Journal Letters.

Los cúmulos parecen estar moviéndose a lo largo de una línea que se extiende desde nuestro Sistema Solar hacia Centauro / Hydra, pero la dirección de este movimiento es menos segura. La evidencia indica que los grupos se dirigen hacia el exterior a lo largo de este camino, lejos de la Tierra, pero el equipo aún no puede descartar el flujo opuesto. “Detectamos movimiento a lo largo de este eje, pero nuestros datos no nos dejan afirmar ahora con la firmeza que nos gustaría que los grupos están llegando o saliendo”, dijo Kashlinsky.

El flujo oscuro es controversial debido a que la distribución de la materia en el universo que observamos no explica esto. El hecho de que exista indica que una estructura más allá del universo visible —fuera de nuestro “horizonte”— está tirando de la materia en nuestra vecindad.

Los cosmólogos toman el fondo de microondas —lo que queda de un destello de luz emitido 380.000 años después de que el universo se formó— como marco de referencia cósmica. En relación a éste, todos los movimientos a gran escala no deberían mostrar una dirección preferida.

El gas caliente emisor de de rayos X dentro de un cúmulo de galaxias dispersa los fotones del fondo cósmico de microondas (CMB). Debido a que los cúmulos de galaxias no siguen con precisión la expansión del espacio, el cambio de las longitudes de onda de los fotones dispersados refleja, en algún modo, el movimiento individual de cada agrupación.

Esto resulta en un pequeño cambio en la temperatura del fondo de microondas en la dirección del cúmulo. El cambio, que los astrónomos llaman efecto cinemático Sunyaev-Zel’dovich (KSZ), es tan pequeño que nunca se había observado en un cúmulo de galaxias individual.

Pero en el 2000, Kashlinsky, trabajando con Fernando Atrio-Barandela en la Universidad de Salamanca, España, demostraron que era posible extraer la sutil señal de ruido del ruido de medición mediante el estudio de un gran número de agrupaciones.

En el 2008, armados con un catálogo de 700 grupos reunidos por Harald Ebeling de la Universidad de Hawai y Dale Kocevski, ahora en la Universidad de California, Santa Cruz, los investigadores aplicaron la técnica a los datos aportados durante tres años por el WMAP. Fue entonces cuando el primer movimiento misterioso salió a la luz.

El nuevo estudio se basa en el anterior, usando el resultados de cinco años de WMAP y duplicando el número de cúmulos de galaxias.

“Se requiere, en promedio, alrededor de una hora de tiempo de telescopio para medir la distancia hasta cada grupo con que trabajamos, por no mencionar los años necesarios para encontrar estos sistemas, en primer lugar”, dice Ebeling. “Este es un proyecto que requiere un considerable seguimiento”.

Según Atrio-Barandela, que se ha centrado en comprender los posibles errores en el análisis del equipo, el nuevo estudio proporciona evidencia mucho más fuerte de que el flujo oscuro es real. Por ejemplo, los grupos más brillantes en las longitudes de onda de rayos-X tienen la mayor cantidad de gas caliente que distorsiona los fotones del CMB. “Cuando se los procesa, estos mismos grupos también muestran la señal más fuerte de KSZ, algo poco probable si el flujo oscuro fuese simplemente una casualidad estadística”, dijo.

Además, el equipo, que ahora también incluye a Alastair Edge en la Universidad de Durham, Inglaterra, ordenó el catálogo de cúmulos en cuatro “porciones” que representan diferentes rangos de distancia. Examinaron entonces la dirección de flujo preferido para los grupos dentro de cada porción. Si bien el tamaño y la posición exacta de esta dirección muestra algunas variaciones, la tendencia general entre las porciones muestra una notable coincidencia.

Los investigadores están trabajando ahora para ampliar su catálogo de cúmulos, a fin de rastrear el flujo oscuro a más o menos el doble de la distancia actual.

Un mejor modelado del gas caliente en los cúmulos de galaxias ayudará a perfeccionar velocidad, eje y dirección del movimiento.

El plan para el futuro es comprobar las conclusiones con los datos más recientes publicados por el proyecto WMAP y la misión Planck de la Agencia Espacial Europea, que también está cartografiando hoy el fondo de microondas.

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Enlace original: Goddard Space Flight Center

Vía: Axxón

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Extraños datos sugieren que hay algo grande más allá del borde del universo

Los astrónomos han encontrado la mejor prueba hasta el momento para la extraña idea de que nuestro universo es uno de muchos en el “multiverso”. Es más, estos universos paralelos parecen estar ejerciendo una extraña fuerza sobre el nuestro, provocando que los cúmulos de galaxias fluyan a lo largo del espacio hacia los bordes del universo conocido.
Las nuevas pruebas proceden de estudios de “saltos y movimientos” en la temperatura de la radiación de fondo de microondas (CMB), el resplandor dejado por el Big Bang.

Flujo oscuro
El cosmólogo estadounidense Sasha Kashlinsky del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, y sus colaboradores midieron ligeros cambios en el CMB usando la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson de la NASA (WMAP). Ligeras desviaciones en la expansión general del universo revelaron la velocidad y dirección de los cúmulos de galaxias.
El año pasado, el equipo de Kashlinsky encontró un patrón inusual en el movimiento de los cúmulos galácticos. En lugar de expandirse a un ritmo uniforme, como se predice en la Teoría de la Relatividad General de Einstein y en las teorías de energía oscura, los cúmulos de galaxias fluyen en una dirección en particular y a mayores velocidades de lo esperado. Llaman a este extraño fenómeno el “flujo oscuro”.
Ahora, una nueva investigación procedente del equipo ha confirmado y extendido este flujo a 3000 millones de años luz de la Tierra, aproximadamente un quinto del diámetro del universo. Los resultados se han enviado a la revista The Astrophysical Journal.
La mejor prueba del multiverso
El misterio es qué exactamente está “tirando” del cúmulo de galaxias para provocar el flujo, y aquí es donde entran en juego los universos paralelos.
Algunas teorías sobre el inicio del universo requieren múltiples universos, los cuales están misteriosamente “entrelazados”, de forma similar a como lo están las partículas cuánticas a escalas muy pequeñas. La controvertida teoría sugiere que aunque no podemos verlos, estos universos paralelos ejercen una fuerza sobre el nuestro que provoca este “flujo oscuro”.
“Si el flujo se extiende hasta el horizonte cosmológico, como sugieren nuestros resultados, entonces su origen está probablemente vinculado a la estructura global pre-inflacionaria del espacio-tiempo [los primeros milisegundos tras el Big Bang] y puede señalar al multiverso de una forma u otra”, dice Kashlinsky. “Estamos avanzando en este proyecto y esperamos que nuestras futuras medidas respondan a esta posibilidad de una forma mucho más definitiva”.
Una defensora de la teoría del multiverso, la cosmóloga Laura Mersini-Houghton de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, Estados Unidos, dice que los hallazgos de Kashlinsky son la “indicación más directa de la existencia del multiverso”.
“Una extensión de la física de multiversos revolucionaría nuestra comprensión de la naturaleza. Nos permitiría ver más allá del horizonte del universo visible y reforzaría el Principio Copernicano de que nuestro universo tampoco es especial o central en el cosmos. Es profundo”, comenta Mersini-Houghton.
Encaja con los datos
Mersini-Houghton señala que la teoría del universo paralelo predice el flujo oscuro y que encaja incluso mejor con la velocidad del flujo oscuro medida por Kashlinksy.
Pero aunque el flujo oscuro fuese “preocupante” para las teorías de la física convencional como la relatividad general, el cosmólogos australiano Warrick Couch de la Universidad Tecnológica de Swinburne en Melbourne dijo que no cree que sea una prueba directa de universos paralelos.
“Añade un interesante hecho observacional al debate, pero sería reacio a decir que es una prueba sólida de la teoría de multiversos”, dice Couch.”Creo que hay tantas teorías de multiversos y tantos parámetros que es difícil probarlas todas”.

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Autor: Heather Catchpole
Fecha Original: 24 de noviembre de 2009
Enlace Original
Vía Ciencia Kanija
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Un misterioso flujo oscuro se extiende sobre el borde del universo

Algo grande está ahí fuera, más allá del borde visible de nuestro universo. Esta es la conclusión de los análisis más grandes hasta la fecha de más de 1.000 cúmulos de galaxias que se mueven como en una corriente, en una dirección, a impresionante velocidad. Algunos investigadores dicen que este llamado “flujo oscuro” es una señal de que existen otros universos en “la puerta de al lado”.

Imagen: NASA/M.Markevitch et al/STSCI; Maggellan/U.Arizona/D.Clowe et al

El año pasado, Sasha Kashlinsky, del Goddard Space Flight Center en Greenbelt, Maryland, y sus colegas, identificaron un patrón inusual en el movimiento de alrededor de 800 cúmulos de galaxias. Se ha estudiado el movimiento de las agrupaciones sobre el brillo remanente del Big Bang, según lo medido por el Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP).Los fotones de este resplandor de fondo chocan con los electrones en los cúmulos de galaxias a medida que viajan a través del espacio a la Tierra, y esto cambia sutilmente la temperatura del resplandor.

El equipo combinó los datos de WMAP con observaciones de rayos X y encontraron que los grupos corrían a velocidades de hasta 1.000 kilómetros por segundo hacia una parte específica del cosmos (The Astrophysical Journal Letters, Vol. 686, p. L49).

Muchos investigadores argumentaron que el flujo oscuro no aparecería en observaciones posteriores, pero ahora el equipo afirma haber confirmado su existencia. Su más reciente análisis revela que 1.400 agrupaciones forman parte de la corriente, y que ésta continúa alrededor de 3.000 millones de años luz de la Tierra, una parte considerable de la distancia hacia el borde del universo observable (arxiv.org/abs/0910.4958). Este es el doble de lo que se había medido en el estudio anterior.

El flujo oscuro parece haber sido causado poco después del Big Bang por algo que ya no está en el universo observable. No tiene ningún efecto hoy, ya que lograr un alcance a través de este horizonte implicaría viajar más rápido que la luz.

Una explicación para este flujo sería la gravedad de una enorme concentración de materia, pero esto es muy poco probable. En la imagen estándar del big bang, enormes estructuras cósmicas fueron “sembradas” por las fluctuaciones cuánticas al azar, pero en promedio la materia debe extenderse de manera uniforme.

Laura Mersini-Houghton, de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, cree que el flujo es un indicación de un universo vecino. Si el pequeño trozo de vacío que se infló para convertirse en nuestro universo cuántico estaba entrelazado cuánticamente con otras piezas de vacío —otros universos— ellas que podrían haber ejercido una fuerza desde más allá del actual horizonte visible.

Pero a pesar de los nuevos hallazgos, se sigue negando la existencia del flujo oscuro. Charles Bennett, investigador principal del WMAP, dice que el análisis de los cúmulos no es estadísticamente significativo. “No hay evidencia del flujo oscuro a gran escala, usando todos los mejores datos disponibles”.

Vecinos fisgones

¿Estuvo nuestro universo entrelazado alguna vez con un vecino? La observación de un “flujo oscuro” en los cúmulos de galaxias lo predijo en el 2006 Laura Mersini-Houghton de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill y sus colegas. Ella propone que el efecto se debe a que nuestro universo estuvo alguna vez influenciado por un dominio vecino (arxiv.org/abs/0810.5388).

Mersini Houghton-razonó que si una fuerza ejercida por otros universos hubiese apretado al nuestro, podría generar un efecto repulsivo que impidiese la contracción de la materia en cúmulos, pero no dejaría huella en escalas más pequeñas. “Esto desplaza la distribución de las acumulaciones de modo que no son las mismas en todas las direcciones”, dice ella. “Hay una dirección preferida: el flujo oscuro”.

También predijo en 2006 que debería haber dos “agujeros”, regiones con menor cantidad de galaxias de lo esperado. Efectivamente, parece ser un agujero el llamado “punto frío” que ha identificado la sonda WMAP. El agujero es una región muy grande de espacio en la que el resplandor de fondo es más frío que el promedio. Sin embargo, su causa —e incluso su existencia— está en discusión, y la hipótesis de Mersini.Houghton sigue siendo controvertida.

Vía New Scientist

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La gravedad puede aventurarse allí donde la materia teme llegar

No hay nada cierto en este mundo, escribió una vez el padre fundador de los Estados Unidos Benjamin Franklin, excepto la muerte y los impuestos. Como científico, podría haber añadido una tercera fuerza inevitable: la gravedad, la invisible mano que mantiene nuestros pies pegados al suelo.

La gravedad es la fuerza universal. No sólo evita que nos elevemos, mantiene la órbita de la Tierra alrededor del Sol, a nuestro Sol girando alrededor del centro de la Vía Láctea, a la Vía Láctea en una alegre danza alrededor de sus vecinos, etcétera. En realidad es la fuerza más débil de las cuatro fuerzas de la naturaleza, pero dado que las otras tres - electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil – liberan todo su potencial sólo a la escala de átomos y partículas, la gravedad conserva toda su energía para triunfar sobre todos los habitantes del universo a gran escala. Sólo toma dos cosas que tengan masa, y sea cual sea su tamaño, no importan dónde estén, sentirán el abrazo de la gravedad exactamente de la misma forma.

¿O no? Justin Khoury, ahora en la Universidad de Pennsylvania en Filadelfia, y sus colegas Niayesh Afshordi y Ghazal Geshnizjani del Instituto Perimeter para Física Teórica en Waterloo, Ontario, no están seguros. Han listado una serie de observaciones cosmológicas que no pueden ser fácilmente explicadas con una gravedad que encaja igual para todos los tamaños (www.arxiv.org/abs/0812.2244). Ninguno de estos efectos por sí mismo, señalan, indica necesariamente que haya algún problema. Pero es intrigante que todos ellos se disipan si haces sólo una suposición, aunque es una controvertida: que el funcionamiento de la gravedad depende de la escala a la que observes.
De estar en lo cierto, la corazonada tiene consecuencias verdaderamente alucinantes. De acuerdo con la teoría, esta gravedad variable sería nuestro primer vistazo de las dimensiones espaciales más allá de las tres que nos son familiares - dimensiones infinitamente grandes, pero que permanecen cerradas para siempre a nosotros. Khoury reconoce que esto puede parecer absurdo. Pero dado que las anomalías en las observaciones no se han explicado, existe un sentimiento de que la idea no debería ser descartada. “El trabajo es creíble, aunque un tanto optimista”, dice David Spergel, astrofísico con sede en la Universidad de Princeton. Y es intrigante que la teoría hace predicciones que se pueden contrastar: si las dimensiones ocultas están justo delante de nuestras narices, pronto deberíamos tener la prueba.
La gravedad es una fuerza familiar, aunque profundamente desconcertante. Su historia está ligada a dos de los nombres más grandes de la física, Isaac Newton y Albert Einstein. En 1687, Newton publicó su ley de la gravitación universal, la cual afirma que dos objetos sienten una fuerza atractiva cuya fuerza se incrementa con la masa y decrece con el cuadrado de la distancia que hay entre ellos: la escala es s^-2 donde s es la separación de los cuerpos.
Esta mordaz visión intelectual abarcó el movimiento de los planetas, el vuelo de una bala de cañón y la caída de una manzana – todo en una sucinta fórmula. Aunque Newton se vio muy presionado a explicar la naturaleza de una fuerza que parecía transportarse instantáneamente, y con una precisión sin fallo, a través del espacio. No fue hasta 1915, con la Teoría de la Relatividad General de Einstein, cuando se alcanzó una respuesta medio convincente.
De acuerdo con la relatividad general, la gravedad surge debido a que los objetos con masa o energía curvan el espacio y el tiempo a su alrededor, provocando que los otros objetos caigan hacia ellos. Trabajando a lo largo de las matemáticas de la nueva teoría, quedó claro que la ley del cuadrado inverso de Newton necesitaba un ajuste cuando trabajaba con cuerpos particularmente masivos o de movimiento rápido. Con estas modificaciones, podemos predecir los efectos de la gravedad desde las escalas más pequeñas a las del Sistema Solar con una precisión asombrosa.
Entonces, si la teoría no falla, ¿por qué intentar arreglarla? El problema es que la relatividad general es incompatible con las últimas teorías cuánticas que describen la naturaleza de otras tres fuerzas. Estas teorías dicen que las fuerzas están relacionadas por un constante intercambio de partículas; de acuerdo con esto, la gravedad debería transmitirse a través de una partículas cuántica conocida como gravitón. La relatividad general no permite tal posibilidad, y por esta razón los físicos están buscando un marco de trabajo más amplio que unifique la gravedad y la teoría cuántica en una “Teoría del Todo”.
Y si miras con cuidado a las escalas cósmicas más grandes, no hay carencia de constantes indicaciones de que algo no está del todo bien en la gravedad. Toma la radiación cósmica de fondo, por ejemplo. Ésta consta de fotones que han sido acelerados hacia nosotros procedentes de todos sitios desde el Big Bang hace 13 700 millones de años. En el camino, estos fotones pasan a través de grandes cúmulos de galaxias, logrando ganar energía conforme pasan a través a través de ellos y perdiéndola cuando salen por el otro extremo. Esos dos efectos deberían cancelarse.
O al menos sería así si no hubiese entrado en juego la energía oscura hace unos miles de millones de años. Esta forma de fuerza repulsiva es la mejor explicación que tenemos por el momento a por qué la expansión del universo parece haber empezado a acelerarse en los últimos eones. Uno de estos efectos es atenuar el tirón gravitatorio de una galaxia en el tiempo que necesita un fotón para pasar a través de la misma, por lo que fotón sale sin perder toda la energía ganada en el camino. Esto significa que parte de los fotones de fondo que nos llegan deberían estar inesperadamente calientes. Efectivamente, este es el caso, pero hay un pequeño problema: su ganancia de energía es el doble de lo que puede explicarse usando sólo la energía oscura.
Una teoría que encaja con todo
Una gravedad más débil en esas lejanas distancias y épocas cuando se inició la energía oscura habría sido más fácil y exhaustivamente superada por ésta. “El efecto funcionaría mano a mano con la energía oscura para frenar la agregación de materia”, dice Khoury. Los fotones que pasan a través de las galaxias serían incluso relativamente más calientes, provocando que se elimine la discrepancia.
Entonces está el misterio del “flujo oscuro”, el cual ha emergido a partir de investigaciones sobre miles de galaxias lejanas. La expansión global del universo significa que la mayor parte de estas galaxias se alejan de nosotros. Pero una vez se tiene en cuenta este efecto, sus velocidades deberían determinarse mediante las condiciones de gravedad local y en un volumen lo suficientemente grande de espacio deberían cancelarse.
Desafortunadamente, no lo hacen. A lo largo de escalas comunes de cientos de millones de años luz, las galaxias se ven como si estuviesen volando hacia una central concentración de masa gigantesca – una tan grande que posiblemente no podría haberse reunido desde el Big Bang. Se ha propuesto como una primera visión de lo que hay más allá del horizonte visible del universo, pero si la gravedad es más fuerte a estas escalas la necesidad de explicaciones tan exóticas desaparece. “No sólo una gravedad más fuerte agregaría materia más rápidamente, sino que las galaxias caerían hacer concentraciones mayores de materia más velozmente”, dice Khoury.
Y aquí aparece el bosque Lyman-alfa. Generosamente extendido a través del cosmos hay tenues nubes de gas de hidrógeno, los precursores de las galaxias. Éstas absorben luz a una longitud de onda de 122 nanómetros, creando una cavidad distintita en el espectro de la luz que penetra a través de ellas conocida como la línea Lyman-alfa. Esto si son estacionarias, pero de hecho distintas nubes se mueven a distintas velocidades hacia o alejándose de nosotros debido a la expansión variable del universo con el tiempo. Estas nubes absorberán luz a longitudes de onda variables debido al efecto Doppler, y la luz que llega a la Tierra desde fuentes lejanas habrá sido despojada de muchos trozos. A partir de este bosque de líneas espectrales los astrónomos pueden deducir la distribución de las nubes de hidrógeno en el espacio. Como el flujo oscuro de las galaxias, parecen estar más estrechamente agrupadas en las escalas comunes de lo que la cosmología estándar puede explicar – de nuevo, justo como si la gravedad hubiese sido en algún tiempo una fuerza más poderosa que las mantenía unidas.
Pero espera un momento. Los fotones del fondo cósmico sugieren una gravedad más débil a una escala; el flujo oscuro y el bosque Lyman-alfa implican una gravedad más fuerte en otra. ¿Seguro que no hay una teoría que pueda explicar ambas? Sorprendentemente, esto es justo lo que Khoury y sus colegas afirman.
El contexto de su trabajo es una consecuencia de la Teoría de Cuerdas – actualmente la ruta favorita para una Teoría del Todo – conocida como Teoría de Branas. La Teoría de Cuerdas trata las partículas que forman la materia y transmiten fuerzas como diminutas cuerdas unidimensionales de masa-energía vibrando en un espacio-tiempo de 10 dimensiones, conocido como el volumen. La Teoría de Branas va incluso más lejos, describiendo nuestro universo como una “3-brana”, un objeto con tres dimensiones de espacio y una de tiempo que va a la deriva en el volumen. En este escenario, las partículas-cuerdas vibrantes están ancladas firmemente en la brana. Todas ellas excepto los gravitones, por supuesto. Los gravitones son bucles vibrantes de cuerdas sin extremos libres para fijarse en la brana – por lo que pueden filtrarse en el volumen. Esta filtración explica por qué la gravedad es intrínsecamente más débil que las otras fuerzas fundamentales.
Dimensión infinita
También podría tener en cuenta la gravedad relativamente más débil que parecen experimentar los fotones del fondo cósmico. El contexto es un conjunto de teorías de mundo-branas conocidas como modelos Dvali-Gabadadze-Porrati (DGP) models por los tres teóricos de la Universidad de Nueva York que la sugirieron en el año 2000. Estos proponen la existencia de al menos una dimensión fuera de la brana que es de tamaño infinito.
Con tal dimensión extrañ, la escala de la gravedad con respecto a la separación no es de s^-2, sino de ^s-3 - por lo que si dos objetos duplican la distancia a la que están separados, su gravedad mutua no es de cuatro veces, sino de ocho veces más débil. Con dos dimensiones, la caída es de s^-4, con tres s^-5 etcétera. Los cálculos de Khoury y sus colegas muestran cómo un modelo DGP con dos o más dimensiones extra sería justo el billete para reproducir las propiedades gravitatorias del universo tal y como lo observamos.
Existe una cuestión obvia: ¿cómo es que no percibimos esas dimensiones extra? Si existen más de tres dimensiones en el espacio, ¿por qué nuestros sentidos siguen limitándonos a tres? Las teorías de cuerdas estándar solventan este problema postulando que las dimensiones extra están enrolladas en escalas enormemente menores que las de un átomo, por lo que simplemente no las notamos. Los modelos de branas son más descarados. Ni tú ni yo vemos las dimensiones extra de tamaño infinito debido a que estamos hechos de partículas comunes de materia que están firmemente clavadas en la brana. Si queremos emular a Alicia y pasar a través del espejo para llegar a las dimensiones extra que hay más allá, nuestra única opción es reconstruirnos a nosotros mismos a partir de gravitones – las únicas partículas verdaderamente libres.
Aún queda una objeción apremiante. Si estas dimensiones extra existen realmente, ¿por qué experimentamos la gravedad como lo hacemos, como una ley ‘s’? De nuevo, una teoría proporciona la respuesta. Una masa situada en la brana – incrustada en nuestro universo – irradia gravitones en todas direcciones, tanto a lo largo de la brana como en el volumen. Pero la brana es un medio rígido, por lo que se propagan más fácilmente a lo largo de la brana que fuera de ella, como la reverberación cuando golpeas una placa de metal, la cual viaja más fácilmente a lo largo de la placa que por el aire que la rodea. Si estás en algún punto cercano a un objeto masivo – como lo estamos nosotros en el Sistema Solar – la gravedad que sientes será por tanto dominada abrumadoramente por la brana sobre la que estás, una gravedad s^-2.
Cuanto más te alejes de la fuente de la gravedad, sin embargo, más cae esta fuerza. A escalas cósmicas muy grandes, donde la densidad media de materia es mucho menor que en nuestro vecindario cósmico, el debilitamiento a través de filtrado de gravitones se hace proporcionalmente más significativo, y la gravedad que se siente en la brana empieza a divergir significativamente de la ley s^-2.
Por lo que el efecto de las dimensiones ocultas podría explicar perfectamente la gravedad más débil que se necesita en los fotones del fondo cósmico para las escalas más grandes. Pero, ¿qué pasa con la gravedad más fuerte en escalas intermedias indicada por el flujo oscuro y el bosque Lyman-alfa? Esto, dice la teoría, se deduce todo del peculiar comportamiento de los gravitones inmediatamente después de filtrarse de la brana hacia el volumen. Sin la placa rígida de la brana para propagarse, se frenan, adquiriendo masa.
Cualquier partícula con masa, por definición, siente la gravedad. Por tanto los gravitones fuera de la brana empiezan a gravitar: a pequeñas escalas cerca de la fuente de la masa, donde hay gran cantidad de ellos confinados en un pequeño espacio, exclusivamente entre sí, pero conforme se dispersas por el volumen, también con la materia de la brana. El resultado es un refuerzo en las escalas intermedias de la gravedad en la brana predicha por la ley del cuadrado inverso Newtoniana por aproximadamente un tercio. A las escalas cósmicas más grandes, sin embargo, los gravitones del volumen están los suficientemente dispersos para que este refuerzo se vea superado por el efecto mucho más debilitador provocado por la filtración inicial.
Así que ya lo tenemos: una teoría que puede explicar tanto la gravedad anormalmente débil como la anormalmente fuerte. ¿Va a unir todos los cabos sueltos de la cosmología actual? Tal vez, dice Jim Peebles de la Universidad de Princeton. “Es una chapuza”, dice – “algo que por derecho no debería funcionar, pero lo hace. No ignoraría la idea, pero no apostaría tampoco mi casa por ella”.
La objeción más significativa es que ninguno de los efectos anómalos que Khoury y sus colegas tratan de explicar es por sí mismo particularmente significativo. Con más y mejores datos, podrían desaparecer por sí mismas - o tal vez no. “Una secuencia de pequeñas piezas de pruebas reunidas pueden ser una sólida indicación de una nueva física, tal vez muy cerca de lo que este grupo ha descrito”, dice Glenn Starkman de la Universidad Case Western Reserve en Cleveland, Ohio. “El reto es mejorar las observaciones”, dice Khoury. “Si las anomalías no desaparecen, estaremos en un terreno más seguro”.
Podría haber otras pruebas más inmediatas. De acuerdo con la relatividad general, la luz y la materia sienten la gravedad de la misma forma: ambos siguen los mismos caminos alrededor de objetos masivos dictados por su curvatura del espacio-tiempo. Pero cualquier teoría pura de la gravedad, como la gravedad variable de Khoury, afecta sólo a la materia. Por lo que demostrar la existencia de dimensiones ocultas podría ser tan simple como observar la curvatura - “lente gravitatoria” – de la luz de una fuente lejana cuando pasa por un cúmulo galáctico en su camino hacia la Tierra, y de esta forma inferir la masa del cúmulo. Si podemos medir el tirón gravitatorio del cúmulo sobre un segundo cúmulo – por ejemplo, cómo de rápido está arrastrando al segundo cúmulo hacia él – podemos lograr una segunda estimación independiente de la masa.
Si las dimensiones ocultas están modificando la gravedad, las dos estimaciones serán distintas en un 20 o 30 por ciento, dice Khoury. Las actuales medidas de cúmulos galácticos no son lo bastante precisas praa detectar un efecto de este tamaño, pero la generación presente de estudios deberían arrojar una respuesta definitiva en los próximos 10 años.
Incluso si logramos las pruebas de la existencia de otras dimensiones, aún quedaría un largo trecho hasta entrar en ellas. Aún así, sería una asombrosa indicación de cómo incluso la materia de la que estamos hechos nos engaña en nuestra percepción del universo.
Todo esto es muy distinto del día en que en una granja en el siglo XVII, en una escena apócrifa que les encanta a los ilustradores, una manzana dejó caer la idea de la gravitación universal sobre la cabeza de Newton. Khoury confía en que lo que se aplica a las manzanas también se aplique a la Teoría de Newton: lo que sube – finalmente – tiene que caer.

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Autor: Marcus Chown
Fecha Original: 16 de marzo de 2009
Enlace Original
Vía Ciencia Kanija
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Nuevo y misterioso "flujo oscuro" descubierto en el espacio

Como si no fuesen suficientemente desconcertantes los misterios de la energía y materia oscuras, se ha descubierto un nuevo e incomprensible puzzle cósmico.

Los trozos de materia del universo parecen estar moviéndose a muy altas velocidades y en una dirección uniforme que no puede ser explicada por ninguna de las otras fuerzas gravitatorias del universo observable. Los astrónomos llaman al fenómeno “flujo oscuro”.

El cúmulo galáctico 1E 0657-56 (conocido como Cúmulo Bala) está a 3800 millones de años luz de distancia. Es uno de los cientos que parecen estar arrastrados por un misterioso flujo cósmico. Crédito: NASA/STScI/Magellan/U.Arizona/D.Clowe et al.

Lo que esté tirando de la materia debe estar fuera del universo observable, concluyen los investigadores.

Cuando los científicos hablan del universo observable no quieren simplemente decir tan lejos como los ojos, o incluso los más potentes telescopios, puedan ver. De hecho existe un límite fundamental a lo lejos que podemos observar en el universo, no importa lo avanzados que sean nuestro instrumentos visuales. El universo se piensa que se ha formado aproximadamente hace 13 700 millones de años. Por lo que incluso si la luz comenzó a viajar hacia nosotros inmediatamente después del Big Bang, los más lejos que ha podido llegar es a 13 700 millones de años luz de distancia. Puede haber partes del universo aún más alejadas (no podemos saber cómo de grande es todo el universo), pero no podemos ver más lejos de lo que la luz pudo viajar a lo largo de toda la edad del universo.
Movimientos misteriosos
Los científicos descubrieron el flujo estudiando algunas de las mayores estructuras del cosmos: los cúmulos gigantes de galaxias. Estos cúmulos son conglomerados de aproximadamente miles de galaxias, así como de gas muy caliente que emite rayos-X. Observando la interacción de los rayos-X con el fondo de microondas cósmico (CMB), que es el resto de radiación dejado por el Big Bang, los científicos pueden estudiar el movimiento de los cúmulos.

El gas caliente en un cúmulo de galaxias en movimiento (puntos blancos) desplaza la temperatura de las microondas cósmicas. Cientos de cúmulos distantes parecen estar moviéndose hacia una zona del cielo (elipse púrpura). Crédito: NASA/WMAP/A. Kashlinsky et al.

Los rayos-X dispersan fotones en el CMB, cambiando su temperatura en un efecto conocido como efecto cinemático Sunyaev-Zel’dovich (SZ). Este efecto no había sido observado anteriormente como resultado en cúmulos galácticos, pero un equipo de investigadores liderados por Alexander Kashlinsky, astrofísico en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland, lo encontró cuando estudiaba un enorme catálogo de 700 cúmulos, llegando hasta los 6000 millones de años luz, o la mitad de la distancia del universo. Compararon este catálogo con el mapa del CMB tomado por el satélite Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson de la NASA (WMAP).
Descubrieron que los cúmulos se estaban moviendo casi a 3,2 millones de kilómetros por hora hacia la región del cielo entre las constelaciones de Centauro y Vela. Este movimiento es distinto de la expansión del universo (la cual es acelerada por la fuerza conocida como energía oscura).
“Encontramos una velocidad muy significativa, y además, esta velocidad no se decrementa con la distancia, hasta donde hemos podido medir”, dijo Kashlinsky a SPACE.com. “La materia del universo observable simplemente no puede producir el flujo medido”.
Burbuja inflacionaria
Los científicos dedujeron que sea lo que sea que está dirigiendo los movimientos del cúmulos debe estar más allá del universo conocido.
Una teoría llamada inflación propone que el universo que vemos es sólo una pequeña burbuja de espacio-tiempo que se expandió rápidamente tras el Big Bang. Podría haber partes del cosmos más allá de esta burbuja que no podemos ver.
En estas regiones, el espacio tiempo podría ser muy distinto, y probablemente no contiene estrellas y galaxias (que sólo se forman debido a los patrones de densidad particular de masa en nuestra burbuja). Podría incluir estructuras masivas gigantes mucho mayores que ninguna de nuestro universo observable. Estas estructuras son lo que los investigadores sospechan que está tirando de los cúmulos galácticos, causando el flujo oscuro.
“Las estructuras responsables de este movimiento han sido empujadas tan lejos por la inflación, estimaría que pueden estar a cientos de miles de millones de años luz de distancia, que no podemos ver ni siquiera con nuestros mejores telescopios debido a que la luz emitida no nos ha llegado en la edad del universo”, dijo Kashlinsky en una entrevista por teléfono. “Lo más probable es que para crear tal flujo coherente tendría que tener algunas estructuras muy extrañas, tal vez algo de espacio-tiempo curvado. Pero esto es sólo pura especulación”.
Hallazgo sorprendente
Aunque la teoría de la inflación predice muchas facetas extrañas del universo lejano, no muchos científicos predijeron el flujo oscuro.
“Fue una enrome sorpresa para nosotros y sospecho que para todo el mundo”, dijo Kashlinsky. “Para algunos modelos particulares de inflación se esperaría este tipo de estructuras, y hubo algunas sugerencias en la literatura que no fueron tomadas en serio creo que hasta ahora”.
El descubrimiento pudo ayudar a los científicos a estudiar lo que sucedió en el universo antes de la inflación, y qué está pasando en esos inaccesibles dominios que no podemos ver.
Los investigadores detallan sus hallazgos en el ejemplar del 20 de octubre de la revista Astrophysical Journal Letters.

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Autor: Clara Moskowitz
Fecha Original: 23 de septiembre de 2008
Enlace Original
Vía: Ciencia Kanija

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