Estaremos solos en los días finales del cosmos. Su inmensidad resplandeciente lentamente se desvanecerá a medida que las innumerables galaxias retrocedan más allá del horizonte de nuestra visión. Decenas de miles de millones de años a partir de ahora, sólo un grupo denso de galaxias cercanas se quedarán, contemplando el espacio vacío.
Ese futuro sombrío se produce porque el espacio se está expandiendo cada vez más rápido, permitiendo que las regiones distantes, se deslizen a través del límite a partir del cual la luz no tiene tiempo para llegar hasta nosotros. Llamamos al autor de este infortunio energía oscura, pero no estamos cercanos en descubrir su identidad. Podría el culpable ser una fuerza repulsiva que se desprende de la energía del espacio vacío, o tal vez una modificación de la gravedad en las escalas más grandes? Cada opción tiene sus encantos, pero también problemas profundos.
Pero ¿y si esa fuerza misteriosa que aparece con la luz del cosmos es un eco extraño de la luz misma? La luz es sólo una expresión de la fuerza del electromagnetismo, y las vastas ondas electromagnéticas de una especie prohibida por la física convencional, con longitudes de onda de billones de veces más grande que el universo observable, podrían explicar la presencia nefasta de la energía oscura. Esa es la idea audaz de dos cosmólogos que piensan que las ondas de este tipo también podrían dar cuenta de los campos magnéticos misteriosos que vemos hilando a través de incluso las más vacías partes de nuestro universo. Versiones más pequeñas podrían estar emanando desde los agujeros negros en nuestra galaxia.
Son casi dos décadas desde que nos dimos cuenta de que el universo se está expandiendo aceleradamente . El descubrimiento surgió de las observaciones de supernovas que eran más tenue, y por lo tanto más lejanas,de lo que se esperaba, y ganaron sus descubridores el premio Nobel de Física en el 2011.
El primer sospechoso en el misterio de la energía oscura es la constante cosmológica, una energía que no cambia que podría surgir desde la espuma de corta duración,de las partículas virtuales que, de acuerdo a la teoría cuántica están eferveciendo alrededor constantemente desde el espacio vacío.
Para causar la aceleración cósmica que vemos, la energía oscura tendría que tener una densidad de energía de alrededor de medio julio por kilómetro cúbico de espacio. Sin embargo cuando los físicos trataron de sumar la energía de todas esas partículas virtuales, ,el resultado fue ya sea exactamente igual a cero (lo cual es malo), o algo tan enorme que el espacio vacío rasgaría toda la materia en fragmentos (lo cual es muy malo). En este último caso el resultado fue la asombrosa cifra de 120 órdenes de magnitud por encima del valor esperado , convirtiendola en la menos precisa predicción de toda la física.
Este obstáculo ha enviado a algunos investigadores por otro camino. Ellos argumentan que en la energía oscura lo que estamos viendo es una cara completamente nueva de la gravedad. A distancias de muchos miles de millones de años luz, ella podría pasar de ser atractiva a repulsiva.
Pero es peligroso ser tan displicente con la gravedad. La teoría general de la relatividad de Einstein describe la gravedad como la curvatura del espacio y el tiempo, y predice los movimientos de los planetas y las naves espaciales en nuestro propio sistema solar con una exactitud rígida. Al tratar de cambiar la teoría para que se ajuste a la aceleración en una escala cósmica, lo que se consigue son imprecisiones en las escalas cercanas.
Eso no ha impedido a muchos físicos perseverar en esta vía. Hasta hace poco, José Beltrán y Antonio Maroto estaban entre ellos. En el año 2008 en la Universidad Complutense de Madrid, España, ellos estaban jugando con una versión particular de un modelo de gravedad mutante llamada la teoría del vector-tensor, la cual ellos habían encontrado podría imitar a la energía oscura (ver aquí y aquí. Luego vino una repentina realización. La nueva teoría se suponía que describe a una versión extraña de la gravedad, pero sus ecuaciones tenían un extraño parecido con algunas de las matemáticas que subyacen a otra fuerza. "Se veían como el electromagnetismo", dice Beltrán, ahora en la Universidad de Ginebra en Suiza. "Empezamos a pensar que podría haber una conexión."
la teoría del magnetismo oscuro sugiere que un período de inflación en el temprano universo podría haber desencadenado modos de luz cuyas longitudes de onda son simplemente demasiado grandes para que ellas sean observadas.Crédito.Newscientist.
Así que decidíeron ver qué pasaría si sus matemáticas no describían a las masas y el espacio-tiempo, sino al magnetismo y las tensiones. Eso significaba hacer una mirada nueva al electromagnetismo. Como la mayor parte de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, el electromagnetismo se entiende mejor como un fenómeno en el que las cosas se cortan en trozos pequeños, o cuantos. En este caso los cuantos son los fotones: partículas sin masa y sin carga eléctrica que transportan a los fluctuantes campos eléctricos y magnéticos que apuntan en ángulo recto a su dirección de movimiento.
Esta descripción, llamada electrodinámica cuántica o QED, puede explicar una amplia gama de fenómenos, desde el comportamiento de la luz a las fuerzas que unen las moléculas entre sí. La QED podría decirse que ha sido probada con más precisión que cualquier otra teoría física, pero tiene un oscuro secreto. Ella quiere intercambiar no sólo a los fotones, sino también a otras dos entidades, alienígenas.
El primer tipo es una onda en la cual los campos eléctricos apuntan a lo largo de la dirección del movimiento, en lugar de en ángulo recto como lo hace con fotones ordinarios. Este modo longitudinal se mueve más bien como una onda de sonido en el aire. El segundo tipo, denominado un modo temporal, no tiene campo magnético. En cambio, es una onda de potencial eléctrico puro, o de tensión. Al igual que todas las entidades cuánticas, estas ondas vienen en paquetes de partículas, formando dos nuevos tipos de fotones.
Como nunca hemos visto en realidad ninguno de estos fotones alienígenas, los físicos descubrieron una manera de ocultarlos. Ellos existen ocultos usando una solución matemática llamada la condición de Lorenz, lo cual significa que todos sus atributos son siempre iguales y opuestos, cancelandose el uno al otro exactamente. "Ellos están ahí, pero no se les puede ver", dice Beltrán.
La teoría de Beltrán y Maroto se veía como el electromagnetismo, pero sin la condición de Lorenz. Así que trabajaron a través de sus ecuaciones para ver qué implicaciones cosmológicas podían tener.
Las ondas extrañas normalmente desechadas por la condición de Lorenz pueden aparecer como breves fluctuaciones cuánticas-ondas virtuales en el vacío - y luego desaparecer de nuevo. En los primeros momentos del universo, sin embargo, se cree que un episodio de expansión violenta llamada inflación, fue impulsado por una muy poderosa gravedad repulsiva. La fuerza de esta expansión tomó todo tipo de fluctuaciones cuánticas y las amplificó enormemente. Esto creo ondulaciones en la densidad de la materia que con el tiempo fueron semillas de las galaxias y otras estructuras en el universo.
Fundamentalmente, la inflación también podría haber impulsado las nuevas ondas electromagnéticas. Beltrán y Maroto encontraron que este proceso dejaría grandes modos temporales: ondas de potencial eléctrico, con longitudes de onda de varios órdenes de magnitud más grandes que el universo observable. Estas ondas contienen algo de energía, pero debido a que son tan grandes no las percibimos en forma de ondas en lo absoluto. Así que su energía sería invisible y oscura ... tal vez, la energía oscura?
Beltrán y Maroto llamaron a su idea magnetismo oscuro (ver aquí). A diferencia de la constante cosmológica, puede ser capaz de explicar la cantidad real de energía oscura en el universo. La energía en aquellos modos temporales dependía del tiempo exacto en el cual la inflación había comenzado. Un momento plausible es alrededor de 10 billonésimas de segundo después del Big Bang, cuando el universo se enfrió por debajo de una temperatura crítica y el electromagnetismo se separó de la fuerza nuclear débil para convertirse en una fuerza en sí misma. La física habría sufrido una repentina torcedura, lo suficiente tal vez para dar el impulso a la inflación.
Si la inflación ocurrió en esta "transición electrodébil", Beltrán y Maroto calculan que habría producido modos temporales con una densidad de energía cercanas a la de la energía oscura. La correspondencia es sólo dentro de un orden de magnitud, lo cual no puede parecer todo lo que se precisa. En comparación con la constante cosmológica, sin embargo, es ligeramente milagrosa.
La teoría también podría explicar la misteriosa existencia a gran escala cómica de campos magnéticos. Dentro de las galaxias vemos la marca inconfundible de los campos magnéticos cuando retuercen la polarización de la luz. Aunque la turbulenta formación y crecimiento de las galaxias podría impulsar un campo ya existente, ¿no es evidente de dónde ese campo semilla habría venido.
Más extraño aún, los campos magnéticos parecen haberse infiltrado en los más vacíos desiertos del cosmos. Su influencia se notó en el 2010 por Andrii Neronov y Vovk Ievgen del Observatorio de Ginebra (ver aquí) . Algunas galaxias distantes emiten ampollas de rayos gamma con energías en el rango de teraelectronvolt. Estos enormemente energéticos fotones deberían influenciar el fondo de la luz de la estrellas en su camino hacia nosotros, creando electrones y positrones que a su vez impulsarán a otros fotones gamma hasta energías de unos 100 gigaelectronvoltios. El problema es que los astrónomos ven relativamente poco de esta radiación secundaria. Neronov y Vovk sugieren que se debe a que un campo magnético esta aleatoriamente doblando la trayectoria de los electrones y positrones, por lo que su emisión es más difusa (ver aquí).
"Es difícil de explicar los campos magnéticos cósmicos en las escalas más grandes por los mecanismos convencionales", dice el astrofísico Larry Widrow la Universidad de Queen en Kingston, Ontario, Canadá. "Su existencia en los vacios podrían indicar un mecanismo exótico". Una sugerencia es que defectos gigantes en el espacio-tiempo llamadas cuerdas cósmicas los estarían estimulando.
Con el magnetismo oscuro, tal solución viscosa sería superflua. Además de los modos temporales gigantescos, el magnetismo oscuro también debería dar lugar a pequeñas ondas longitudinales rebotando en todo el cosmos. Estas ondas podrían generar magnetismo en las escalas más grandes de los vacíos.
Para empezar, Beltrán y Maroto tenían algunas dudas. "Siempre es peligroso modificar una teoría bien establecida", dice Beltrán. Sean Carroll, cosmólogo del Instituto Tecnológico de California en Pasadena, se hace eco de esta preocupación. "Están haciendo una violencia extrema con el electromagnetismo. Hay todo tipo de peligros que las cosas pueden salir mal", dice. Esta intromisión podría fácilmente originar absurdos, prediciendo de que las fuerzas electromagnéticas son diferentes de lo que realmente vemos.
El dúo pronto se tranquilizó, sin embargo. Aunque la teoría significa que los modos temporales y longitudinales pueden manifestarse, lo único que puede generarlos es un campo gravitatorio ultra-fuerte, como el campo de repulsión que surgió en la época de la inflación. Así que dentro del átomo, en todos nuestros experimentos de laboratorio, y fuera de allí entre los planetas, el electromagnetismo se lleva a cabo en la misma forma como se predice en la QED.
Carroll no está convencido. "Me parece una posibilidad remota", dice. Sin embargo, otros están de acuerdo. Gonzalo Olmo, un cosmólogo de la Universidad de Valencia,en España, al principio estaba escéptico, pero ahora está entusiasmado. "La idea es fantástica. Si cuantizamos los campos electromagnéticos en un universo en expansión, el efecto sigue de forma natural."
Entonces, ¿cómo podríamos saber si la idea es la correcta? El magnetismo oscuro no es tan fácil de probar. Es casi invariable, y se extendería en el espacio casi exactamente de la misma manera que una constante cosmológica, por lo que no podemos decir las dos ideas separadas, simplemente observando cómo la aceleración cósmica ha cambiado con el tiempo.
En cambio, la teoría puede ser impugnada tras escudriñar el fondo cósmico de microondas, un mar de radiación emitida cuando el universo tenía menos de 400.000 años de edad. Impreso en esta radiación están las ondas originales de la densidad de la materia causada por la inflación, y puede llevar otra marca antigua. La agitación de la inflación debería haber activado las ondas gravitacionales, deformaciones viajeras del espacio-tiempo que estiran y contraen lo que atraviesan. Estas ondas deben afectar a la polarización del fondo cómico de microondas de una manera distintiva, lo que podría decirnos acerca de la sincronización y la violencia de la inflación. La Nave espacial de la Agencia Espacial Europea Planck podría detectar esta firma. Si Planck o una futura misión estima que la inflación ocurrió antes de la transición electrodébil, en una escala de energía más alta, entonces descartaría el magnetismo oscuro en su forma actual.
Olmo cree que la teoría de todos modos puede ser que necesite ajustar algunos parámetros numéricos, de modo que no podría ser fatal, a pesar de que sería un duro golpe el perder el vínculo entre la transición electrodébil y la cantidad correcta de energía oscura.
Un día, podríamos incluso ser capaces de ver la luz retorcida del magnetismo oscuro. En su encarnación actual con la inflación en la escala electrodébil, las ondas longitudinales todas tendrían longitudes de onda mayores que unos pocos cientos de millones de kilómetros, más largo que la distancia entre la Tierra y el sol. La detección de una onda de luz de manera eficiente requiere de un instrumento, no mucho más pequeño que la longitud de onda, pero en un futuro lejano podría ser posible captar las ondas de este tipo utilizando los radio telescopios espaciales vinculados a través del sistema solar. Si la inflación existió en una energía aún mayor, como se sugiere por Olmo, algunas de las ondas longitudinales podrían ser mucho más cortas. Eso las llevaría al alcance de la tenología basada en la Tierra. Beltrán sugiere que podrían ser detectadas con el Square Kilometre Array – un masivo instrumento de radio que entrará en funcionamiento en la próxima década.
Si estas ondas electromagnéticas oscuras pueden ser creadas por los fuertes campos gravitatorios, entonces también podrían ser producidas por los campos más fuertes en el cosmos de hoy, aquellos generados en torno a los agujeros negros. Beltrán indica que las ondas pueden ser emitidas por el agujero negro en el centro de la Vía Láctea. Puede ser que sean lo suficientemente cortas como para que podamos captarlas - pero fácilmente podrían ser invisibles. Beltrán y Maroto están planeando hacer los cálculos para averiguarlo.
Una de las cosas que han calculado a partir de su teoría es el voltaje del universo. El voltage de las grandes ondas temporales de potencial eléctrico se iniciaron en cero cuando se crearon por primera vez en el momento de la inflación, y aumentaron de forma constante. Hoy en día, han llegado a unos muy animados 1027 voltios, o mil millones de mil millones de gigavolts .
Muy bueno para nosotros que el no tiene en dónde descargar. A menos, claro está, que algún extraño capricho de la cosmología traiga un universo paralelo cercano. El encuentro probablemente destruiría el universo como lo conocemos, pero entonces al menos, nuestro oscuro y solitario futuro acabaría con la madre de todas las descargas.
fuente de la información:
http://www.newscientist.com/article/mg21428671.800-dark-matter-dark-energy-dark-magnetism.html
