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Los grandes misterios de la materia oscura y la energía oscura


Uno de los misterios más desconcertantes sobre el Universo es simplemente, "¿dónde está todo?"

Todo lo que podemos ver, encontrar o interactuar está compuesto por partículas que entendemos principalmente como fotones, electrones, quarks y gluones, entre otros.

Sin embargo, cuando miramos el gran océano cósmico que nos rodea, encontramos que todo esto constituye poco menos del 5% del Universo; el resto es invisible. A los componentes faltantes los llamamos energía oscura (68%) y materia oscura (27%), pero aquí está la cosa ...

Realmente no sabemos cuáles son.

Sin embargo, existen algunas teorías permanentes basadas en lo que SÍ sabemos sobre estas cosas. Más que eso, hay mucho que podemos decir con certeza acerca de estas energías esquivas gracias al brillante trabajo combinado de miles de científicos.

¿Qué sabemos realmente?

Hay tanto de lo que no sabemos materia oscura y energía oscura, pero hay muchas cosas que definitivamente podemos decir sobre ellos.

Hemos observado que la energía oscura afecta la expansión del Universo, y solo se volvió prominente y detectable hace unos 6 a 9 mil millones de años.

Parece ser el mismo en todas las direcciones, ya que tiene una densidad de energía constante a lo largo del tiempo y no se aglomera ni se agrupa con materia que indique que es uniforme en todo el espacio.

Cuando miramos cómo se expande el Universo, la energía oscura es absolutamente necesaria, con aproximadamente el 68% de la energía total del Universo existiendo actualmente en forma de energía oscura.

La materia oscura, por otro lado, ha mostrado sus efectos en toda la historia de 13.800 millones de años de nuestro Universo. La gran red cósmica de estructura, desde los tiempos más remotos hasta el día de hoy, requiere que la materia oscura exista en unas cinco veces la abundancia de la materia normal.

La materia oscura se agrupa y se agrupa, y sus efectos se pueden ver en la formación de los primeros cuásares, galaxias y nubes de gas.

Incluso antes de eso, los efectos gravitacionales de la materia oscura aparecen en la luz más temprana del universo: el fondo cósmico de microondas o el resplandor sobrante del Big Bang.

El patrón de imperfecciones requiere que el Universo esté compuesto de aproximadamente un 27% de materia oscura, en comparación con solo un 5% de materia normal. Sin él, todo lo que observamos sería imposible de explicar.

Pero, ¿significa esto necesariamente que la materia oscura y la energía oscura se crearon en el momento del Big Bang? ¿O hay otras posibilidades?

Lo difícil del Universo es que solo podemos ver las partes que son accesibles para nosotros hoy. Cuando un efecto es demasiado pequeño para ser visto, como cuando otros efectos son más importantes, solo podemos sacar inferencias, no conclusiones sólidas.

Dónde están los problemas con Dark Energy:

Los efectos demasiado pequeños para ser vistos se vuelven particularmente problemáticos para la energía oscura. A medida que el Universo se expande, se diluye; el volumen aumenta mientras que el número total de partículas dentro de él permanece igual.

La densidad de la materia (tanto normal como oscura) disminuye, pero la densidad de energía oscura permanece constante.

Nuestro Universo puede ser dominado por la energía oscura hoy, pero esta es una casualidad relativamente reciente. En el pasado, el Universo era más pequeño y denso, lo que significa que las densidades de materia eran mucho más altas.

Hace unos 6 mil millones de años, las densidades de materia y energía oscura eran iguales; Hace unos 9 mil millones de años, la densidad de energía oscura es lo suficientemente baja como para que sus efectos sobre la tasa de expansión del Universo no fueran notables.

Cuanto más extrapolamos en el tiempo (o tamaño / escala del Universo), más difícil se vuelve ver y medir los efectos de la energía oscura.

Lo mejor que podemos, parece que la energía oscura tiene una densidad de energía absolutamente constante.

Podemos usar los datos que tenemos para restringir la ecuación de estado de la energía oscura, parametrizada por una cantidad conocida comow. Si la energía oscura es exactamente una constante cosmológica, entoncesw = -1, exactamente, y no cambia con el tiempo.

Sin embargo, esto no significa necesariamente que la energía oscura siempre haya existido con una densidad de energía constante. Eso podría cambiar con el tiempo, siempre que cambie dentro de algunas limitaciones de observación.

Podría haber una conexiónentre la energía oscura y la expansión inicial del Universo antes del Big Bang conocida como inflación cósmica, que es la idea detrás de los campos de quintaesencia (un concepto tan complejo que no vamos a tocarlo con un poste de 10 pies).

O la energía oscura podría ser un efecto que no existía en las primeras etapas del Universo y que solo se manifestó mucho más recientemente.

No tenemos evidencia que hable de una forma u otra sobre la presencia o ausencia de la energía oscura durante los primeros 4 mil millones de años aproximadamente de la historia del Universo.

Tenemos buenas razones para suponer que no ha cambiado, pero no la certeza observacional que lo respalde. ¿Qué ha llevado sin duda a más de unos pocos astrofísicos al borde de la locura?

La oscura realidad de Dark Matter:

A diferencia de la Energía Oscura, la Materia Oscura debe haber existido prácticamente desde el principio.

El patrón de fluctuaciones que vemos en la radiación de fondo es el la evidencia más temprana que tenemos de la materia oscura en nuestro Universo, que data de aproximadamente 380.000 años después del Big Bang.

Lo más interesante es que ya impreso en ese patrón de picos y valles está esa relación crítica de 5 a 1 con la materia normal.

La materia oscura no solo ha estado proporcionando las semillas de la estructura, lo que hace que cada vez más materia oscura caiga en las regiones demasiado densas (y se pierda de las regiones menos densas) sino que lo ha estado haciendo desde las primeras etapas del Universo. .

Sin embargo, esto no significa necesariamente que la materia oscura estuviera presente en el instante del Big Bang.

La materia oscura podría haberse creado desde el mismo momento en que terminó la inflación; podría haber sido creado a partir de interacciones de alta energía que tuvieron lugar inmediatamente después; incluso podría haber surgido de partículas a escalas de energía de la Gran Teoría Unificadora en algún momento mucho más tarde.

Simplemente no sabemos.

Sin saber exactamente qué es la materia oscura, incluso si es una partícula o no, no podemos decir con certeza exactamente cuándo puede haber surgido.

Pero a partir de las mediciones de la estructura a gran escala del Universo, incluidas las firmas impresas en la imagen más antigua de todas, podemos estar absolutamente seguros de que la materia oscura surgió en las primeras etapas del Big Bang, y posiblemente al principio. de todo.

La energía oscura puede haber estado presente todo el tiempo, o puede haber surgido mucho más tarde. Sin embargo, lo último parece mucho más probable, ya que hay una exploración sustancial de la idea de que solo cuando se forma una estructura compleja, la energía oscura surge y se vuelve importante en el Universo.

Espera, ¿realmente sabemos algo?

El gran desafío para la cosmología moderna es descubrir la naturaleza de estos componentes faltantes del Universo. Si podemos hacer exactamente eso, comenzaremos a comprender cuándo y cómo surgieron la materia oscura y la energía oscura.

Lo que podemos decir con certeza es que, en las primeras etapas, la radiación era el componente dominante del Universo, con pequeñas cantidades de materia normal siempre presente.

La materia oscura puede haber surgido al principio, o puede haber surgido un poco más tarde, pero aún muy temprano. Actualmente se cree que la energía oscura siempre ha estado allí, pero solo se volvió importante y detectable cuando el Universo ya tenía miles de millones de años.

Determinar el resto es tarea de nuestro futuro científico.


Ver el vídeo: Materia Oscura y Energía Oscura - realmente existen? (Septiembre 2021).