Utilizan el efecto doppler para ratificar el modelo estándar del universo

Explicar el origen y el desarrollo del Cosmos no es una faena sencilla. Los cosmólogos, bailando entre diferentes teorías, utilizan distintas pruebas y técnicas para demostrar que el modelo que defienden es el más cercano a la realidad. Hasta el momento, el modelo estándar para la explicación del Cosmos, es el más estable. Este modelo, también conocido como el de Robertson-Walker, por los dos científicos que lo propusieron, se caracteriza por la uniformidad en la estructura espacial del Cosmos. Esta explicación nos dice que el espacio es isotrópico, es decir, que no hay direcciones preferidas en el universo y que, además, es homogéneo lo que significa que todas las propiedades físicas y geométricas son las mismas en todas partes para un momento dado. Por lo que esperamos una simplicidad extraordinaria en el Cosmos donde las cosas sólo cambian con el tiempo.

Sin embargo, toda esta teoría necesita de pruebas ya que existen modelos diferentes que no atribuyen tanta simplicidad al mundo en que vivimos. En esos modelos populares del universo, el desarrollo del Cosmos es descrito como caótico e inflacionario. Es decir, que en diferentes momentos de su evolución ocurrió un crecimiento exponencial que aún continúa pasando en otras partes del universo. Lo que supone que el mundo no es tan simple como dice el modelo estándar. Pero todas estas características no son más que proposiciones sin los experimentos. Toda teoría tiene que pasar por rigurosos exámenes para ir afianzándose como la más respetada y confiada por la mayoría de los investigadores. Hasta el momento, el modelo estándar del Cosmos pasó con altas calificaciones las pruebas a las que ha sido sometido, y esta semana, otro examen más le da de nuevo la razón al universo simple de Robertson y Walker.

Según la teoría, hace algunos 15,000 millones de años una Gran Explosión dio origen al universo. 300,000 años después de esta explosión, el Cosmos comienza a enfriarse lo suficiente como para que la materia y la radiación se separen, los electrones y los protones comiencen a formar átomos y la radiación se propague. Es en este momento cuando se origina lo que se conoce como la radiación de Fondo de Microondas Cósmicas (CMB son sus siglas en inglés), uno de los pilares de la teoría del Big Bang y que ha sido detectado por diferentes aparatos.

No obstante, existen dos pruebas, una ya ha sido realizada, capaces de verificar la solidez de esta teoría de la cosmología. Una de ellas mide la temperatura de este fondo cósmico pero hacia atrás. En el universo, cuando miramos objetos lejanos en distancia también estamos viajando en el tiempo. Por lo tanto, los cosmólogos decidieron medir la temperatura del fondo de microondas desde el presente hasta el pasado. En este momento, la temperatura del fondo es de 2.7 K, por lo que se espera que, mientras más lejos se encuentren las microondas más caliente será su temperatura. Esta prueba ha sido realizada y los resultados fueron los esperados por los defensores del modelo, que pasó la prueba sin problemas.

Pero aún quedan más interrogantes. Los defensores de las teorías inflacionarias apuntan que existe un desequilibrio en la temperatura del fondo. Mediciones realizadas dentro de nuestra galaxia han descubierto fluctuaciones en la temperatura de estas microondas. Si estas fluctuaciones, que son mínimas, no son descubiertas en otros lugares del universo, esto probaría que los cambios en la temperatura de la radiación de fondo han sido generados de forma local y que no se encuentran uniformemente por todo el universo. Si fuera así, el modelo estándar estaría en peligro. Por lo tanto, para confirmarlo, o descartarlo, habría que ratificar el efecto Doppler, una curiosa característica del universo descubierta en 1842 por Christian Doppler.

Imagine que está usted sentado en su casa y escucha a lo lejos una ambulancia que se acerca. Mientras más cercano a usted viaja el vehículo, más fuerte se escuchará el sonido de la sirena. Esto se debe a los cambios generados en la longitud de onda del sonido causados por el movimiento de la ambulancia con relación al observador. El movimiento, mientras más rápido, más comprime las ondas que pasan de frecuencias altas y cortas (cuando la ambulancia se encuentra muy cerca de usted) a frecuencias bajas y largas (cuando la ambulancia se ha alejado).

El efecto Doppler funciona para cualquier tipo de ondas, incluyendo las ondas de luz. Por este motivo, los astrofísicos han podido medir distancias, las edades y la dirección de los objetos que se encuentran en universo. Si una estrella se está alejando del observador en la Tierra, el astrónomo verá como su luz se torna roja, lo que se conoce como corrida al rojo. Si la corrida es en azul entonces el objeto se está acercando al observador. De esta forma los cosmólogos saben que el universo se está expandiendo ya que la mayoría de sus elementos van de corrida al rojo. Chris Blake y Jasper Hall publican esta semana en Nature la segunda prueba al modelo estándar que confirma el efecto Doppler en el universo. Los científicos demostraron que el fondo de microondas cósmicas no es generado localmente sino que los mismos diminutos desequilibrios que encontraron en nuestra galaxia también se encuentran en otros lugares del Cosmos.

“El desequilibrio en la temperatura apareció porque cuando un observador en la Tierra se mueve hacia las fuentes de luz en galaxias lejanas, el brillo de sus superficies aumentará y lo contrario pasaría si el observador se aleja de ellas. Utilizamos 27 antenas de radio y descubrimos que la radiación del fondo de microondas cósmicas y sus fluctuaciones, existen, de forma uniforme y con los mismos desequilibrios, por todo el universo. Esto nos indica que el modelo estándar del universo es el más correcto para explicar el nacimiento y la evolución del Cosmos”.