Albert Einstein tenía razón en muchas cosas. El universo no era una de ellas. Para él, y para muchos antes que él, el cosmos era una entidad estática e inmutable. En 1915, obtuvo sus ecuaciones de la relatividad general (ver aquí ) y el descubrimiento de que el universo que ellas describían no funciona de esta manera, por lo tanto añadió, un término extra para asegurarse de que lo hiciera.
Una década más tarde, las observaciones de las galaxias cercanas revelaron que el universo está lejos de ser estático, sino que se ha expandido con furia desde su nacimiento en una infinitamente caliente y densa bola de fuego hace miles de millones de años atrás: el Big Bang.
Eso no es todo. En la década de 1990, la luz de distantes supernovas nos convenció de que la expansión del universo se está acelerando. Esa fue la suerte póstuma de Einstein: el término amañadoen sus ecuaciones fué revivido para describir una "energía oscurala cual impulsa la aceleración.
Por lo que el universo está a la vez ampliándose y acelerándose. Muy bien.Ahora, sin embargo,sujétence a sus sombreros – ya que podría estar girando, también.
Eso es lo que el físico Michael Longo de la Universidad de Michigan en Ann Arbor cree que ha encontrado. Si es así, una revisión mayor de nuestras suposiciones sobre el cosmos estaría cercana- y tal vez una solución a uno de sus mayores misterios, el hecho desconcertante de la existencia de la materia. Cuando un anónimo revisó el papel más reciente de Longo escribió: "Si esta afirmación , resulta ser cierta, tendría un profundo impacto en la cosmología y resultaría muy probable en un premio Nobel". ¿Qué pasa?
En el corazón de la historia está una regla básica la llamada ley de conservación de la paridadSegún ella la naturaleza, no discrimina entre procesos físicos y objetos y sus imágenes en el espejo.Tome una peonzano gira en sentido horario y antihorario de ninguna manera fundamentalmente diferente. En abreviatura matemática, decimos que una cantidad llamada la paridad sigue siendo la misma siempre que usted voltee una coordenada espacial y haga cosas que apunten o se muevan en la dirección opuesta.
Excepto, por supuesto, cuando no es así. Para empezar, la biología se burla de la paridad. Lasmoléculas quirales vienen en distintas formas diestras y zurdas, que reaccionan de diferentes maneras. Los aminoácidos, los bloques de construcción de las proteínas, favorecen lo zurdo sobre lo derecho. ¿Por qué esto podría ser un misterio?.
Luego están las partículas. A finales de 1956, , un grupo de físicos liderados por Chien-Shiung Wu estaba estudiando ladesintegración betaradiactiva de un rotante núcleo de cobalto-60 en la Oficina Nacional de Normas en Washington DC. Suponiéndo la conservación de la paridad, los núcleos deberían haber emitido una partícula beta, o electrón, con la misma frecuencia a lo largo de la dirección de su giro, como en la dirección opuesta.
Pero no lo hicieron (ver aquí ) alrededor del 70 por ciento más electrones se emiten contra elspinnuclear. La fuerza nuclear débilla cual gobierna el decaimiento beta, favorece los objetos y procesos que se mueven en ciertas direcciones. Ese descubrimiento fue crucial en el establecimiento más tarde del modelo estándar de física de partículasy los dos teóricos que había propuesto el efecto, Tsung-Dao Lee y Chen Ning Yang, fueron galardonados con el premio Nobel en el corto plazo al año siguiente.
Así que si esto ocurre en pequeña escala,podría la conservación de la paridad también tenerse en cuenta a gran escala, tal vez en lo muy grande? Esa es la pregunta que Longo comenzó a reflexionar hace pocos años. "El hecho de que el universo podría violar la paridad fue muy fascinante", dice.
Fascinante - y herética. La asunción de la conservación de la paridad cósmica está ligada a lo que se conoce como elprincipio cosmológicoque donde quiera que estés en el universo, y en la dirección que se mire, las cosas en promedio tienen el mismo aspecto. El universo no distingue de izquierda, o de derecha, de hecho, no conoce de direcciones o lugares especiales en lo absoluto.
Eso hace que los resultados de Longo sean de los más extraños.En el 2007, el estuvo observándo la base de datos del Sloan Digital Sky Survey (SDSS), un proyecto que desde el 2000 ha estado usando un telescopio de 2,5 metros en el Observatorio Apache Point en Sunspot, Nuevo México, para recoger las imágenes de cerca de un millón de galaxias a través de el cielo del norte. Estaba buscando las galaxias espirales, cuyos brazos arremolinándose eran claramente visibles, mostrándo la dirección en que las galaxias estaban girándo
Eso no fué fácil. Muchas espirales nos enfrentan en un ángulo incorrecto para que sus brazos sean clarificados, mientras que las explosiones de formación estelar en otras sugieren recientes colisiones y fusiones que podrían haber interrumpido su giro original. Longo pronto redujo las iniciales 40.000 galaxias situadas a 540 millones años de luz a sólo 2.817 que eran ejemplos claros.
Con todas las demás cosas en igualdad de condiciones, se habría esperado que estas galaxias en general, estuvieran girando en direcciones al azar, de acuerdo a las condiciones locales cuando se formaron. Y ese de hecho era el caso. En la mayoría de los sectores del cielo del norte, el mismo número de galaxias estaban girándo hacia la derecha o sentido horario y hacia la izquierda,o sentido antihorario. Pero a lo largo de una sola dirección, a unos 10 grados respecto al eje de rotación de nuestra propia galaxia, había más espirales zurdas que de la mano derecha. Eso fué interesante, pero nada más. "Se dio un resultado positivo, pero con ese número de galaxias la significación estadística era marginal", dice Longo.
Para el año 2010, había alrededor de 230.000 galaxias adecuadas en la base de datos del SDSS, y Longo decidió echar otro vistazo. Esta vez, él necesitaba un equipo de estudiantes graduados para repetir su análisis. Terminaron con una muestra de 15.158 galaxias espirales claramente en rotación, las más alejadas a 1,2 millones de años luz de distancia.
El efecto no solo estaba todavía allí, sino que era más fuerte. Esta vez, había sólo un 0,006 por ciento de posibilidades de que fuera una casualidad estadística (ver aquí).
Fué entonces cuando Longo miró al cielo del hemisferio sur, el cual no está cubierto por el SDSS. En 1991, los astrónomos Hajime Sugai de la Universidad de Tokio y Masanori Iye del Observatorio Astronómico Nacional de Japón habían compilado un catálogo de la dirección de giro de alrededor de 8.000 galaxias del sur a partir de datos del telescopio del Observatorio Europeo del Sur en La Silla, Chile. Ellos habían estado buscando un similar efecto de "dipolo" de más galaxias girándo de una manera que de otra, pero habían abandonado la persecución. "Vimos algunas pruebas de la presencia de un dipolo", dice Masanori. "Pero no fue muy significativa.
Longo vió algo que ellos no vieron. Extendiéndose lejos en la medida de lo que el telescopio podía ver, a lo largo del mismo eje en el cielo del sur, había un claro exceso en esta ocasión de espirales de la mano derecha. Era el mismo efecto, sólo que al revés.
Para Longo, esto apuntaba a una conclusión alucinante. "Si esta asimetría es real, esto significa que el universo tiene un momento angular neto", dice. El momento angular, como la energía, no puede ser creado ni destruido, por lo que significa que también debe haber nacido en un giro. Sólo eso explicaría por qué las galaxias a lo largo de una línea, el propio eje de giro original del universo, recibieran un tirón extra para hacer que la mayoría de ellas giraran en la misma dirección.
Y el universo podría estar girando todavía. No es que nos daríamos cuenta. "No podemos ver el giro, porque estamos dentro, y no podemos ver hacia afuera, así que directamente no se puede mostrar que está girando", dice Longo. Sin embargo, si la idea se pone de pie, es una bomba. El universo no es el mismo dondequiera que usted mira, sino que tiene direcciones especiales en las que ciertas cosas ocurren y otras no. La paridad es violada,y el principio cosmológico parece debilitado.
Esto implica que: la Tierra no se encuentra en un lugar especial. Aunque podría parecer que estamos en una posición ideal para mirar a lo largo del eje de giro único del universo,a todo el espacio que se expandió desde un sólo punto infinitamente pequeño en el Big Bang. El eje de rotación inicial se ha expandido con él, así que donde quiera que estés en el cosmos, el también estará allí, apuntando en la misma dirección (ver el diagrama abajo).
En cuanto a lo que podría haber establecido que el universo girara, o lo que las observaciones podrían decir acerca de la posibilidad de otros universos más allá, Longo prefiere no especular. En cuanto al funcionamiento interno de nuestro cosmos se refiere, sin embargo, sus hallazgos han colocado al menos a un cosmólogo a reflexionar . "Quedé impresionado", dice el teórico Stephon Alexander de Haverford College, en Pensilvania. Ello concuerda bien con una idea que el ha estado impulsándo por la mayor parte de una década - una que según él podría explicar otra asimetría: ¿por qué la materia domina la antimateria en el cosmo?.
Este es uno de los problemas más espinosos de la física. El modelo estándar dice que hay absoluta simetría entre materia y antimateria, ambas se habrían creado en la misma cantidad después del Big Bang, y se habrían aniquilado mutuamente por completo dentro de una fracción de segundo. La existencia de galaxias, estrellas, planetas, polvo y vida,hechos de materia es, por decirlo suavemente, una vergüenza para esta teoría de rotundo éxito.
Hay una manera en que la naturaleza podría haber diseñado el dominio de la materia: a través de un fenómeno conocido como la violación CP. Esta idea surgió a partir de preguntarse de que , si la fuerza nuclear débil no respeta la paridad (P) por sí sola, hay simetrías que si respeta. Una respuesta es que podría respetar la conservación de la paridad y la carga (C) en conjunto. En efecto, esto significa que si usted toma un proceso como una reacción de partículas, y les da la vuelta en un espejo y, simultáneamente, cambiar todas las partículas por partículas idénticas de carga opuesta - sus antipartículas - la reacción debe proceder como antes.
Ese no es el caso. Experimentos a partir de la década de 1960 revelaron que la simetría CP es asi misma rota por la fuerza débil (ver aquí), una reacción y su equivalente en imagen invertida y carga invertida proceden a velocidades ligeramente diferentes. El físico soviético Andrei Sajarov en 1967 demostró que una enorme violación CP se debe a un proceso que estuvo en trabajo en el universo temprano, cuando la materia y la antimateria se estaban produciendo, el cual podría explicar por qué una se impuso sobre la otra (ver aquí).
Pero, ¿qué proceso? En el 2004,Stephon Alexander, entonces, en el Stanford Linear Accelerator Center en Menlo Park, California, y sus colegas identificaron un posible culpable: la gravedad, la única de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza que no está cubierta por el modelo estándar.
Ellos demostraron que un proceso de dos pasos podría lograr el truco deseado. Si la gravedad violó la ley de la conservación de la paridad en los primeros instantes después del Big Bang, habría producido ondulaciones en el espacio-tiempo, las ondas gravitacionales, de forma asimétrica. Esta fue una época cuando el universo entró en un período conocido como la inflación, durante el cual se amplió colosalmente y tanto la materia como la antimateria se produjeron. Las ondas gravitacionales asimétricas habría interferido con el campo causante de la inflación, sesgando la producción de la materia sobre la antimateria (ver aquí
"Ese trabajo tenía una belleza en la que se relacionaba la amplitud de las ondas gravitacionales con la asimetría materia-antimateria", dice el físico teórico Robert Brandenberger de la Universidad McGill en Montreal, Canadá. "Si un nuevo mecanismo relaciona dos, en principio, cantidades de observación muy diferente, eso lo convierte en un modelo teórico muy interesante". Interesante, sí - pero es verdad?
Dejando de lado la gran pregunta de lo que podría hacer que la gravedad violara la paridad en primer lugar, Stephon Alexander encontró al menos algún respaldo para su modelo en el fondo cósmico de microondas. Este remanente del Big Bang ha estado propagándose hacia nosotros desde todas partes desde que el universo se expandió y se enfrió lo suficiente para permitir que los fotones lo atravesaran, a unos 370.000 años de su existencia. La radiación tiene una temperatura uniforme de unos 2.725 grados Kelvin, pero si se mira de cerca se ven los puntos más cálidos y más fríos. Este salpicado es uniforme a través del cielo, excepto cuando se mira en las escalas más grandes. Entonces , algunos de los puntos parecen comenzar a alinearse, todos apuntando en más o menos la misma dirección. En el 2005, Kate Land y João Magueijo del Imperial College de Londres, llamaron a esta alineación el "eje del mal".
El equipo del WMAP de la NASA, el cual ha creado mapas increíblemente detallado de la radiación cósmica de fondo, dice que aunque "el hecho de que la alineación no está en duda", se explica mejor como una casualidad estadística (ver aquí). Otros están menos seguros, y la cuestión de patrones extraños en la radiación de fondo no va a desaparecer. Y en lo que Alexander se refiere, este es el justo tipo de efecto que las ondas gravitacionales asimétricas producirían.
Ahora llega Longo. Curiosamente, el eje sobre el cual las galaxias parecen estar girando con la misma mano está más o menos en la misma dirección que el eje del mal. "Esto sugiere que están relacionados", dice. Alexander quien cree que ya sabe como.
Es demasiado pronto para que él haya incorporado los detalles de la asimetría de galaxias en su trabajo de manera explícita,pero ve un hilo sugerente: un universo inicialmente girando provocó una violación de la paridad originándo una asimetría en la gravedad que permitió a la materia triunfar sobre su rival de antimateria. Y ese proceso dejó dos marcas atrás: el eje del mal en la radiación cósmica de fondo, y la alineación poco visible de las galaxias que Longo ha descubierto.
Eso es ciertamente un buen giro en la historia. Por suerte, pronto tendremos los datos para decidir si es ficción o realidad. Elsatélite Planck de la Agencia Espacial Europea, está configurado para proporcionar el mapa más detallado de la radiación cósmica de fondo que jamás se ha hecho. Si Planck, como el WMAP, encuentra un eje del mal, sería la mejor señal de que el efecto es real.
El equipo de Masanori también planea utilizar el Telescopio Subarude 8,2 metros del Observatorio Astronómico Nacional de Japón, en Mauna Kea, Hawaii, para estudiar las galaxias del norte con mayor detalle. "Vamos a ser capaces de ver un gran número de galaxias con una resolución mucho más fina para juzgar la orientación del giro con más facilidad", dice. El Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos, con un espejo de 8,4 metros y la cámara de 3.200 megapíxeles, estudiará los cielos del sur de Cerro Panchón en Chile a partir de 2020.
Eso debería resolver la cuestión del giro del universo de una manera u otra. ¿Nos hemos equivocado una vez más acerca de cómo funciona el universo? Si es así, la puerta estaría realmente abierta para el premio Nobel.
fuente de la información:
http://www.newscientist.com/article/mg21228342.300-original-spin-was-the-universe-born-whirling.html
