Poniendo en práctica la teoría de la relatividad especial, contando galaxias


Los científicos que estudian el cosmos tienen una filosofía favorita conocida como el «principio de la mediocridad», que, en esencia, sugiere que no hay nada especial en la Tierra, el sol o la Vía Láctea en comparación con el resto del universo.

Ahora, una nueva investigación de CU Boulder agrega otra evidencia más al caso de la mediocridad: las galaxias están, en promedio, en reposo con respecto al universo primitivo. Jeremy Darling, profesor de astrofísica de CU Boulder, publicó recientemente este nuevo hallazgo cosmológico en The Astrophysical Journal Letters.

Esta imagen hecha a partir de una combinación de fotografías de septiembre de 2003 a enero de 2004 capturadas por el Telescopio Espacial Hubble de NASA/ESA muestra casi 10.000 galaxias en la imagen de luz visible más profunda del cosmos, atravesando miles de millones de años luz. Crédito: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), Equipo HUDF

«Lo que esta investigación nos dice es que tenemos un movimiento divertido, pero ese movimiento divertido es consistente con todo lo que sabemos sobre el universo: no sucede nada especial aquí», dijo Darling. «No somos especiales como galaxia o como observadores».

Hace aproximadamente 35 años, los investigadores descubrieron el fondo cósmico de microondas, que es la radiación electromagnética que quedó de la formación del universo durante el Big Bang. El fondo cósmico de microondas parece más cálido en la dirección de nuestro movimiento y más frío lejos de la dirección de nuestro movimiento.

A partir de este resplandor del universo primitivo, los científicos pueden inferir que el sol, y la Tierra que orbita alrededor de él, se mueve en una dirección determinada, a una velocidad determinada. Los investigadores encuentran que nuestra velocidad inferida es una fracción de un porcentaje de la velocidad de la luz, pequeña, pero no cero.

Los científicos pueden probar esta inferencia de forma independiente contando las galaxias que son visibles desde la Tierra o sumando su brillo. Pueden hacer esto gracias en gran parte a la teoría especial de la relatividad de Albert Einstein de 1905, que explica cómo la velocidad afecta el tiempo y el espacio. En esta aplicación, una persona en la Tierra que mire hacia el universo en una dirección, la misma dirección en la que se mueven el sol y la Tierra, debería ver galaxias más brillantes, más azules y más concentradas. De manera similar, al mirar en la otra dirección, la persona debería ver galaxias que son más oscuras, más rojas y más separadas.

Pero cuando los investigadores intentaron contar galaxias en los últimos años, un proceso que es difícil de hacer con precisión, obtuvieron números que sugieren que el sol se mueve mucho más rápido de lo que se pensaba anteriormente, lo que está en desacuerdo con la cosmología estándar.

«Es difícil contar las galaxias en todo el cielo; por lo general, te quedas con un hemisferio o menos», dijo Darling. «Y, además de eso, nuestra propia galaxia se interpone en el camino. Tiene polvo que hará que encuentres menos galaxias y hará que se vean más tenues a medida que te acercas a nuestra galaxia».

Darling estaba intrigado y perplejo por este rompecabezas cosmológico, por lo que decidió investigar por sí mismo. También sabía que había dos sondeos publicados recientemente que podrían ayudar a mejorar la precisión del conteo de galaxias y arrojar luz sobre el misterio de la velocidad: uno llamado Very Large Array Sky Survey (VLASS) en Nuevo México, y el otro llamado Rapid Australian Encuesta continua Pathfinder de matriz de kilómetros cuadrados (RACS) en Australia.

Juntas, estas encuestas permitieron a Darling estudiar todo el cielo al unir vistas de los hemisferios norte y sur. Es importante destacar que las nuevas encuestas también utilizaron ondas de radio, lo que facilitó «ver» a través del polvo de la Vía Láctea, mejorando así la vista del universo.

Cuando Darling analizó los sondeos, descubrió que el número de galaxias y su brillo coincidían perfectamente con la velocidad que los investigadores habían inferido previamente del fondo cósmico de microondas.

«Encontramos una dirección brillante y una dirección tenue: encontramos una dirección donde hay más galaxias y una dirección donde hay menos galaxias», dijo. «La gran diferencia es que se alinea con el universo primitivo del fondo cósmico de microondas y tiene la velocidad correcta. Nuestra cosmología está bien».

Debido a que los hallazgos de Darling difieren de los resultados anteriores, es probable que su artículo genere varios estudios de seguimiento para confirmar o cuestionar sus resultados.

Pero además de impulsar el campo de la cosmología, los hallazgos son un buen ejemplo del mundo real de la teoría de la relatividad especial de Einstein, y demuestran cómo los investigadores todavía están poniendo en práctica la teoría, más de 100 años después de que el famoso físico la propusiera por primera vez. .

«Me encanta la idea de que este principio básico del que nos habló Einstein hace mucho tiempo es algo que se puede ver», dijo Darling. «Es algo realmente esotérico que parece súper extraño, pero si sales y cuentas galaxias, puedes ver este efecto claro. No es tan esotérico o extraño como podrías pensar».

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