Medir el tama?o del mundo y ya de paso, del universo
La precisi¨®n es una parte fundamental del proceso de medida. Cuando medimos el universo y los diferentes patrones no encajan tenemos un problema
Corre el a?o 1792 cuando dos astr¨®nomos franceses parten de Par¨ªs viajando en direcciones opuestas. Uno lo hace hacia el Norte, el otro se dirige hacia el Sur. Tienen una misi¨®n: medir el tama?o del mundo. Tardar¨¢n 7 a?os y gracias a ellos, entre otros, tenemos el metro y un lenguaje universal de las medidas: el Sistema Internacional.
El Sistema Internacional surge a la sombra de la revoluci¨®n francesa: derechos universales reclaman medidas universales y para que el patr¨®n est¨¢ndar de medida no fuese el resultado de una naci¨®n o un grupo utilizaron como su unidad fundamental la medida del mundo mismo, o m¨¢s concretamente, el arco de meridiano que conecta Dunquerque con Barcelona. Plantearon esta medida para poder definir el metro como una diez millon¨¦sima parte de la distancia del polo Norte al ecuador. El metro ser¨ªa invariable porque la Tierra lo es.
Se forj¨® la medida del metro en una barra de platino y desde entonces, con sus m¨¢s y sus menos, la mayor parte de las naciones han adoptado el Sistema Internacional de medidas o m¨¦trico. El error de no hacerlo lo han pagado caro, por ejemplo, los estadounidenses: cabe mencionar la p¨¦rdida de 125 millones de d¨®lares y la desaparici¨®n de un sat¨¦lite, el Mars Climate Orbiter, cuando dos equipos de ingenieros trabajando con dos sistemas de unidades diferentes provocaron un error en su trayectoria. El sat¨¦lite acab¨® m¨¢s cerca de la superficie del planeta de lo esperado y se destruy¨® en su atm¨®sfera.
La expansi¨®n del cosmos se determina con una fuente de luz lejana, y obtenemos que el universo se expande a 74.02 kil¨®metros por segundo cada 3.26 millones de a?os luz, inimaginablemente r¨¢pido a nuestras escalas de mortales humanos
Est¨¢ claro que una medida como el metro no nos sirve una vez que salimos de la Tierra y nos enfrentamos a las enormes distancias que manejamos en el universo. Pero la idea de los patrones universales s¨ª. Y hace a?os tenemos un peque?o problema, m¨¢s bien gran problema, en hacer encajar diferentes patrones de medida cuando tratamos de determinar c¨®mo ha crecido el universo mismo.
Para medir c¨®mo ha crecido el universo solo hay que medir a qu¨¦ velocidad se alejan las galaxias (lo cual es relativamente f¨¢cil gracias al efecto Doppler cosmol¨®gico) y a qu¨¦ distancia est¨¢n de nosotros (esta es la parte m¨¢s dif¨ªcil).
En principio, la historia de la expansi¨®n del cosmos se puede determinar utilizando un truco sencillo: tomamos una fuente de luz de brillo conocido, si su luz es m¨¢s d¨¦bil es que est¨¢ m¨¢s lejos. Ahora solo tendr¨ªamos que esperar, literal, ya que empleamos un cierto tipo de supernovas y tenemos que esperar a que exploten, a que se enciendan esas fuentes de luz en diferentes galaxias. Una colecci¨®n de esas medidas, en un rango suficiente de distancias, producir¨ªa un registro hist¨®rico completo de la expansi¨®n del universo.
Efectivamente, hemos conseguido medir ese valor con la mayor precisi¨®n posible usando supernovas tipo Ia y cefeidas, y obtenemos que el universo se expande, citando una medida reciente y precisa, a una velocidad de 74.02 kil¨®metros por segundo por megaparsec. Un megaparsec es un mill¨®n de parsecs, o aproximadamente 3.26 millones de a?os luz o sea que la expansi¨®n en unidades en las que quiz¨¢s est¨¦n m¨¢s familiarizados ser¨ªa 74.02 kil¨®metros por segundo cada 3.26 millones de a?os luz, y para expresarlo en metros tendr¨ªa que llenar p¨¢ginas de ceros, por lo que es casi inimaginablemente r¨¢pido a nuestras escalas de mortales humanos.
Y con ese valor estar¨ªamos m¨¢s bien felices, eso si afinando sus errores midiendo, por ejemplo, otra clase de se?alizaciones como las Cefeidas con GAIA. Pero ocurre que tambi¨¦n podemos determinar la expansi¨®n del universo cuando era joven y el valor que se obtiene es diferente. Aqu¨ª est¨¢ el problema. Este m¨¦todo independiente se basa en el fondo c¨®smico de microondas que dici¨¦ndolo de un modo sencillo ser¨ªa la fotograf¨ªa en forma de resplandor que permea todo el cielo y que nos dej¨® el Big Bang a los 379,000 a?os cuando el universo solo era un plasma caliente y denso. La mejor medida de la expansi¨®n a edad temprana la ha proporcionado el telescopio espacial Planck y seg¨²n Planck el universo se deber¨ªa estar expandiendo un poco m¨¢s lento que lo que nos da la otra medida a 67.4 km por segundo por megaparsec.
Medidas de la constante a partir del universo actual (medido por los telescopios espaciales Hubble y Gaia) proporcionan un valor, diferente de medidas cuando el universo era j¨®ven (medido por el telescopio Planck) y aunque la diferencia es de un 10% que puede parecer muy poco, pensemos que estamos hablando de lo m¨¢s grande que hay, el cosmos. Si la diferencia se debe a errores de medida en ambos m¨¦todos, refinarlos no es sencillo, los cosm¨®logos tendr¨ªan que hacer algo que no les gusta demasiado y es estudiar estrellas para entenderlas. Hay nuevas determinaciones de la constante de Hubble con un m¨¦todo diferente para medir la distancia (usando estrellas gigantes rojas) que queda entre ambos valores y que literalmente resolver¨ªa el problema.
Si no conseguimos que las diferentes medidas concuerden tendremos claro que algo falla y entonces quiz¨¢s tengamos que inventar algo totalmente nuevo. O quiz¨¢s no, y nos baste con entender mejor a las estrellas, los lugares donde se forman y sus finales. La alternativa es la m¨¢s emocionante, as¨ª que so?emos pues, si la diferencia no se debe a errores sistem¨¢ticos, si es real, implicar¨ªa f¨ªsica m¨¢s all¨¢ del modelo est¨¢ndar cosmol¨®gico: aumento de la energ¨ªa oscura, curvatura que no sea cero, energ¨ªa oscura temprana, quiz¨¢s una nueva part¨ªcula relativista (radiaci¨®n oscura). Suena bien, ?verdad? Esperemos a ver qu¨¦ nos dicen las nuevas medidas con el telescopio James Webb.
Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa; Patricia S¨¢nchez Bl¨¢zquez, profesora titular en la Universidad Complutense de Madrid (UCM); y Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiolog¨ªa.
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