14:00 hrs.  24 de Mayo de 2005

 

 

Boletín UNAM-DGCS-410

Ciudad Universitaria

 

 

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UNIVERSITARIOS RECONSTRUYEN HISTORIA DEL UNIVERSO CON NOVEDOSO MÉTODO DE ESTALLIDOS DE RAYOS GAMMA

 

 

 

 

El doctor Vladimir Ávila-Reese, del Instituto de Astronomía de la UNAM y sus colaboradores del Observatorio Astronómico de Brera, Italia, usan estallidos de rayos gamma (ERG) como indicadores de los ritmos de formación estelar en el pasado remoto, y también como “faros” cósmicos que permiten inferir la tasa de expansión del universo en diferentes épocas.

 

Encontraron que esos fenómenos fueron más luminosos y su registro de ocurrencia aumenta. “Nos invita a pensar que la época de formación activa de estrellas y galaxias ocurrió hace mucho tiempo atrás y al día de hoy estamos ya en franco declive”, reconoció.

 

Son útiles para estudiar esta historia expansiva. Se estimaron los contenidos de materia y energía oscura en el cosmos y cómo ciertas propiedades de esta última cambiaron con el tiempo; sus resultados favorecen al vacío cuántico como su explicación, la cual constituye 73 por ciento de todo lo que hay, mientras que la materia representa el resto (23 por ciento oscura y solo 4 por ciento ordinaria, la que forma átomos, llamada bariónica), dijo.

 

Refirió que los ERG son las explosiones más potentes del universo. Se detectan como pulsos intensos en rayos gamma, con duración de fracciones a decenas de segundos. No fue sino hasta 1997 cuando se observó su contraparte en el óptico así como en rayos X, ultravioleta, infrarrojo y radio.

 

Ello permitió determinar distancias: la mayoría estaban tan lejos que su potente luz fue producida cuando la edad del cosmos, que hoy es de 13.7 mil millones de años, era sólo una pequeña fracción del actual. Su mayor parte es producto de muerte estelar entre 25 y 60 veces más masiva que nuestro Sol. Luego de que sus núcleos colapsan en un hoyo negro, liberaron tanta energía como cuatrillones de soles juntos en pocos segundos, precisó.

 

Para sus investigaciones, el astrónomo universitario y sus colaboradores usaron una muestra de más de tres mil detecciones de ERG, acumuladas durante una década de observaciones con satélites y otra colección de 200 avistamientos con distancias conocidas.

                                                              

Se buscó constreñir su función de luminosidad y ritmo de formación en diferentes épocas, comparando modelos con manifestaciones. La conclusión del trabajo, publicado en The Astrophysical Journal, es que los estallidos en el pasado fueron más luminosos y su ritmo de formación mucho más activo. Estimaron que hoy sólo se produce uno cada cien mil años en nuestra galaxia, de darse uno cercano al Sistema Solar podría acabar con la vida en la Tierra.

 

Al suponer que la fracción de estrellas masivas en el ayer es la misma de hoy, se infirió que la tasa de formación de todas ellas, cuando el universo tenía sólo un tercio de su edad actual, fue de 20 a 30 veces mayor que en el presente, incrementándose la diferencia hacia épocas más tempranas, expuso Ávila-Reese.

“Parece ser que el universo se ‘apaga’, consideró, que sus fases más activas de formación de estrellas y galaxias se dieron hace mucho tiempo atrás”. Conclusiones similares se obtuvieron de observaciones en el ultravioleta y ópticas del Telescopio Espacial Hubble.

 

 

En este caso, sin embargo, gran cantidad de la radiación captada por el instrumento pudo haber sido absorbida por gas molecular y polvo. En contraste, con el método de Vladimir Ávila y sus colegas no existe ese problema, pues los rayos gamma son tan poderosos que atraviesan sin dificultad densas nubes para dar información “no filtrada” de cómo era el universo  en su infancia.

 

Los ERG también pueden servir para conocer cómo se expande y de qué está hecho cuanto existe. Los colegas italianos del doctor Ávila-Reese, entre ellos Claudio Firmani, ex investigador de la UNAM, descubrieron que es posible usarlos como “faros” cósmicos, capaces de indicar cómo cambian las distancias estelares.

 

Hasta ahora, los referentes usados habían sido supernovas, con ellas se hizo en los últimos años uno de los descubrimientos más relevantes de la ciencia: que el universo –desde hace alrededor de 5 mil millones de años– se expande aceleradamente, lo cual implica la existencia de algo más que materia, un medio repulsivo llamado energía oscura.

 

Los ERG, al ser más potentes que esos sistemas y no sufrir de extinción por polvo, permiten explorar la expansión del universo hasta épocas aún más remotas, hasta encontrar sorpresas, consideró Ávila-Reese. Además, es bueno que existan métodos alternativos para comprobar o refutar hallazgos como el expansivo.

 

En una carta publicada este mes en el Monthly Notice of the Royal Astronomical Society, de la cual él es coautor, los investigadores, a partir de su método usando una muestra de 15 ERG, infieren los contenidos de materia y energía oscura del universo y cómo ciertas propiedades de esta última pudieron haber cambiado con el tiempo.

 

Sus resultados, combinados con los de las supernovas, tienden a favorecer la explicación más conocida para la energía oscura: el vacío cuántico. Es una predicción que hace la física especializada. Según el principio de incertidumbre de Heissenberg, en el mundo subatómico no se puede hablar de la nada; lo que más se le aproxima es un estado de mínima energía, de partículas virtuales que aparecen y desaparecen. Ese  extraño medio puede interactuar con la materia y tiene la propiedad de ser repulsivo, tiene presión negativa, “justamente lo que queremos para explicar la expansión acelerada del universo”.

 

Al respecto, expuso que este vacío es también invocado por la teoría de la inflación para explicar el estado original del cosmos. Es inestable y a 10-34 segundos se desintegra en partículas reales y campos de interacción, al inflar lo existente durante ese proceso.

 

Se suponía que todo se convirtió en materia y campos, los cuales frenaron la expansión con su gravedad. La gran sorpresa vino con el descubrimiento de la expansión acelerada, la cual podría entenderse si se considera que no todo el vacío original se convirtió en materia, sino que quedó un remanente que por muchos millares de años estuvo latente, hasta que, con su crecimiento, la densidad material del universo decreció tanto que empezó a dominar de nueva cuenta el vacío.

 

Para dar resultados contundentes, Ávila-Reese y sus colegas requieren una muestra más grande de objetos. De los 15 ERG estudiados se pretende llegar a 100. Para tal cometido, el investigador universitario y sus colegas se valdrán de los datos en rayos gamma del satélite Swift, recientemente puesto en órbita, y de observaciones de telescopios en tierra que hay que realizar inmediatamente después de la detección de un estallido; en esta campaña participa el Observatorio Astronómico Nacional en Baja California.

 

Solo así podrá determinarse con más precisión cómo han ido cambiando las propiedades de este medio llamado energía oscura, lo cual es clave para saber entonces, si se trata de vacío o algo más complejo como los campos escalares, quintaesencia o multidimensiones. Es una de las preguntas en pie de la cosmología y uno de los grandes retos de la ciencia en general.

 

Se vive “una época de importantes descubrimientos que podrían disparar una revolución en la física. La contribución de la astronomía es gracias a su capacidad integradora. Como lo muestra nuestro trabajo, con objetos asociados a la muerte de estrellas masivas es posible estudiar la expansión del universo y con ello determinar su contenido material y energético”, concluyó Vladimir Ávila-Reese.

 

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FOTO 01.

 

Vladimir Ávila-Reese, del Instituto de Astronomía de la UNAM, explica cómo utilizaron estallidos de rayos gamma como indicadores de los ritmos de formación estelar en el pasado remoto. Sus resultados fueron incluidos en revistas internacionales.

 

 

FOTO 02

 

El astrónomo Vladimir Ávila-Reese explica los análisis realizados en la UNAM, que contribuyen a explicar la energía oscura, presente en cerca de tres cuartas partes del universo.