Especial sobre el universo oscuro en la revista Nature

dibujo20160929-nature-outlook-cover-dark-universe-29-sep-2016

La densidad de energía del universo se divide en tres componentes principales: un 68,3% de energía oscura, un 26,8% de materia oscura y de sólo un 4,9% de materia bariónica (o visible). Sabemos que existen la energía oscura y la materia oscura fuera de toda duda. Sin embargo, no conocemos su origen microscópico. Nos gustaría entenderlo con el mismo detalle con el que conocemos el de la materia bariónica. Todo un reto para la ciencia en el siglo XXI.

El misterio del universo oscuro es el tema del Nature Outlook, “The dark universe.” Te recomiendo disfrutar de sus artículos.

dibujo20160929-hide-and-seek-dark-matter-jeff-hecht-nature-outlook-september-2016-537s194a-g1

Nos habla de la materia oscura Jeff Hecht, “Dark matter: What’s the matter?” Nature 537: S194–S197 (29 Sep 2016), doi: 10.1038/537S194a. En su opinión, como los límites de exclusión para las partículas WIMP se están acercando al fondo de neutrinos (de origen solar y atmosférico), le estamos poniendo cerco. Si no la encontramos pronto (en la próxima década), habrá que ir pensando en alternativas a las partículas WIMP. No menciona que, como ya he contado en este blog en alguna ocasión, ya se están desarrollando técnicas experimentales para detectar dichas partículas incluso por debajo del fondo de neutrinos. Hecht se apunta a los axiones como alternativa.

dibujo20160929-dark-energy-staring-into-darkness-nature-outlook-september-2016-537s201a-g1

La energía oscura (o la expansión acelerada del universo descubierta en 1998) es discutida por Stephen Battersby, “Dark energy: Staring into darkness,” Nature 537: S201–S204 (29 Sep 2016), doi: 10.1038/537S201a. Ahora mismo la explicación más satisfactoria a nivel observacional para la energía oscura es la constante cosmológica de Einstein. Además de la famosa colaboración DES (Dark Energy Survey), también se nos presenta a J-PAS (Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey) situada cerca de Teruel, España, sin olvidar a CHIME (Canadian Hydrogen Intensity Mapping Experiment). En pocos años tendremos los primeros resultados científicos de estas colaboraciones. Pero el punto de inflexión se logrará cerca de 2023, con el LSST (Large Synoptic Survey Telescope) en Chile, así como la futura misión WFIRST de la NASA.

dibujo20160929-gravitational-waves-revealing-the-unseen-universe-mark-zastrow-nature-outlook-sep-2016

El universo oscuro también está formado por los neutrinos observados por IceCube y por los sistemas binarios de agujeros negros que podemos ver con ondas gravitacionales gracias a LIGO. Nos lo cuenta Mark Zastrow, “Revealing the unseen Universe,” Nature 537: S198–S199 (29 Sep 2016), doi: 10.1038/537S198a. No destaca la importancia del fondo estocástico de ondas gravitacionales, ni tampoco menciona el fondo cósmico de ondas gravitacionales. En cuanto a los neutrinos se centra en los ultraenergéticos observados por IceCube.

dibujo20160929-george-smoot-brian-schmidt-interviewed-nature-outlook-september-2016

También se incluyen dos entrevistas de Richard Hodson al Premio Nobel de Física 2006, “George Smoot,” Nature 537: S200 (29 Sep 2016), doi: 10.1038/537S200a, y al Premio Nobel de Física 2011, “Brian Schmidt,” Nature 537: S205 (29 Sep 2016), doi: 10.1038/537S205a. Y cuatro animaciones (Nature Videos) “Big box, small box, light-filled box with Serge Haroche,” Video, “Tick-tock cold cold clock with Bill Phillips,” Video, “Ain’t no stopping them now with Art McDonald,” Video, y “No such animal with Dan Shechtman,” Video.

dibujo20160929-the-dark-universe-in-4-big-questions-537s206a-g1

El especial finaliza con Neil Savage, “The dark universe: 4 big questions,” Nature 537: S206 (29 Sep 2016), doi: 10.1038/537S206a, que nos presenta las cuatro grandes preguntas abiertas sobre el universo oscuro. ¿Existe una partícula de materia oscura? ¿Interacciona la materia oscura con algo? (más allá de la gravitación). ¿Explica la constante cosmológica la energía oscura? ¿Cuál será el futuro del Universo?

En resumen, un Nature Outlook muy interesante y recomendable.

26 Comentarios

Participa Suscríbete

Jorge S. Diaz

Sólo un comentario menor referente a la frase “…los límites de exclusión para las partículas WIMP se están acercando al fondo cósmico de neutrinos, le estamos poniendo cerco.”
El fondo de neutrinos que aparece en los diagramas de detección directa de materia oscura no es el ‘fondo cósmico de neutrinos’ (CNB) sino que es un fondo de neutrinos solares y atmosféricos, además de una pequeña contribución del fondo difuso de neutrinos producido por supernovas. Un saludo.

Ivis Israel Barahona PinedaIvis Israel Barahona Pineda

Siempre que se habla todo lo relacionado a la materia oscura y energía oscura,me pregunto será que no hemos descubierto la manera de utilizar de otra manera la tecnología que existe para resolver esto o es que aún no disponemos de eso precisamente porque recuerdo lo que un filósofo dijo : Dadme una palanca y os movere el mundo. Me gustaría una respuesta sobre mi opinión. Gracias.

Francisco R. Villatoro

Ivis, la ciencia avanza despacio (aunque parezca lo contrario). La energía oscura (la expansión acelerada del espaciotiempo) se descubrió en 1998 (aunque había indicios previos); se trata de un concepto joven y complejo, y 20 años es muy poco tiempo, con seguridad serán necesarias muchas décadas para desvelar sus secretos.

Lo mismo pasa con la materia oscura, que estamos buscando en serio desde hace muy poco tiempo (los experimentos pioneros son de 1985, pero la búsqueda en serio se inició cerca de 2000). Avanzamos poco a poco, con paso firme, pero seguro que faltan muchas décadas hasta que desvelemos el misterio.

Cambia el problema a otro campo, p.ej. el cáncer, ya Nixon dijo en 1971 que en la década de los 1970 se curarían todos los cánceres. ¿Cuánto falta para ello? Décadas. Sabemos mucho más sobre el cáncer, pero seguimos sin saber curarlo. En física sabemos cada año más sobre el universo oscuro, pero su origen microscópico sigue siendo un problema no resuelto. Y eso es lo apasionante de la ciencia, las preguntas sin respuesta (pues las respuestas siempre son aburridas, salvo cuando son el origen de nuevas preguntas).

Francis

Rene Alexander AlvarezRene Alexander Alvarez

Llamamos energía y materia oscura a algo que no sabemos que es y que no sabemos de que esta compuesto, algo parecido a lo que Colón llamo las Indias, se murió tranquilo pensando en que esas tierras descubiertas pertenecían a las Indias. “La fe es grande”.

Samu

De hecho, ya existen incluso “prometedoras” propuestas teóricas que no requieren de esta materia oscura (ni tampoco de la energía oscura), para explicar las discrepancias cosmológicas con el modelo actual.

En mi humilde opinión, es de destacar en este sentido el trabajo del físico Arto Annila: http://www.helsinki.fi/~aannila/arto/

Os remito, por cierto, a un paper en concreto, publicado este año, donde Arto Annila trata el tema:

Annila A. Rotation of galaxies within gravity of the Universe. Entropy 2016 18, 191–205. doi: 10.3390/e18050191 (http://www.helsinki.fi/~aannila/arto/galaxy.pdf)
“The galaxy rotational curve is explained by the principle of least action to result from the overall gravity of the Universe rather than from fictitious dark matter.”

Un saludo!!

Francisco R. Villatoro

Samu, el paper no tiene ni pies ni cabeza. Annila dice saber de todo, pero este paper muestra que de cosmología no tiene mucha idea. Samu, ¿tú entiendes el paper? ¿De verdad no te das cuenta de sus sinsentidos? Creer en estos trabajos de Annila es como creer en la homeopatía.

Samu

Francis, pero ha sido revisado por pares. ¿De veras es capaz este hombre de publicar decenas de artículos en revistas de impacto sin que nadie se de cuenta de ese “sinsentido” del que hablas? Si lo ves tan claro, creo que podrías escribir a la revista Entropy y denunciar con hechos esa dejadez o laxitud de la que tanto hablas. Describe la línea y párrafo concreto en que los revisores se equivocaron al evaluar y listo (y comenta de camino por aquí el asunto también para que todos nos enteremos :P).

Un saludo.

Francisco R. Villatoro

Sí, Samu, así es, hay quienes publican cientos de artículos que son basura (p.ej. He ha publicado el desarrollo de Taylor cientos de veces en revistas con índice de impacto y tiene miles de citas). Por otro lado, revistas como Entropy (pay per publish) no aceptan críticas; muchos hemos intentado luchar contra la basura en revistas impactadas y muchos editores nos rechazan nuestras críticas, pues a ellos les interesa publicar, aunque sea basura, siempre que el autor pague por publicar, nadie puede criticar lo ya publicado, ha pagado por ello.

Samu

Francis, me imagino que es ya abusar, pero; ¿me podrías dar una crítica concreta sobre la propuesta principal de Arto basada en general en la siguiente propuesta: “According to the proposed percept the photons do not propagate exclusively in the form of single quanta of light, but in pairs so that electromagnetic fields of the two photons
sum up to zero, and hence cancel each other exactly”?

Es decir; ¿tienes alguna forma de refutar la hipótesis de base que usa este físico? ¿Tienes alguna forma de demostrar sin lugar a dudas que no es posible que este fenómeno ocurra realmente en el Universo?

Porque resulta que es esta simple asunción de base la que permite explicar luego gran parte de los problemas de la física actual sin necesidad de materias ni energías oscuras. Es más, incluso es un principio capaz de dar cuenta del problema experimental con el EmDrive: Grahn P, Annila A, Kolehmainen E. On the exhaust of EM-drive. AIP Advances 2016 6, 065205. doi: 10.1063/1.4953807 (http://www.helsinki.fi/~aannila/arto/emdrive.pdf) ” The elusive thrust of an electromagnetic drive is identified by the principle of least action to photons co-propagating out-phase.”

Este paper, por cierto, también ha sido publicado con revisión por pares, esta vez por AIP Advances, en colaboración con otros dos físicos: Kolehmainen y Grahn. ¿Es basura también? ¿También es esta una publicación laxa y comprada por estos tres físicos?

Siento decirlo pero veo un poco de prejuicio por tu parte (y por parte de otros) ante propuestas novedosas que se salgan del tiesto ortodoxo. De verdad que no me creo que una revista ponga en riesgo su prestigio en cuanto impacto publicando cosas que sean descaradamente falsas. Por lo que si los trabajos de Arto se publican con tanta facilidad, será que; como poco, sus propuestas no son fácilmente desechables (ni un sinsentido descarado como tu indicas). En otro caso no me lo explicaría.

Un abrazo!!

Samu

Soy ingeniero aficionado a la física. Creo que me puedes dar una explicación bastante técnica (o suficientemente técnica) de la crítica (si te apetece y la tienes clara).

Un saludo.

Francisco R. Villatoro

Samu, la idea de Annila es explicar las curvas de rotación galáctica usando su teoría “holística del potencial gravitacional”, es decir, las ideas de Ernst Mach de finales de siglo XIX, que ya fueron descartadas a principios del siglo XX. Luego un físico del siglo XXI empieza el artículo con mucho escepticismo.

En la introducción, se sugiere el uso de la tercera ley de Kepler, ecuación (1), para estudiar el movimiento galáctico. Siendo ingeniero que aprobó Física en primer curso sabes perfectamente que la ecuación (1) sólo es cierta para el problema de dos cuerpos; no es cierta en el Sistema Solar y mucho menos en una galaxia, que son problemas multicuerpo. Luego la ecuación (1) es falsa. Luego, como bien sabes de Física de primer curso, la ecuación (2) también es inaplicable a una galaxia.

Annila empieza bien su artículo contando “chorradas” sin sentido. Luego menciona la ley empírica de Tully–Fisher y afirma que le dará sentido usando las ecuaciones (1) y (2). Como de lo falso no se puede derivar lo verdadero, su afirmación hace que cualquier físico repugne continuar leyendo el artículo. Pero Annila decide citar a Einstein y a los Principia de Newton, como para darle peso a su sinsentido.

La introducción en un artículo científico debe resumir el problema a resolver, el estado del arte y las ideas que subyacen a la solución presentada; además debe acabar con un resumen del contenido del resto del artículo. Annila no cumple con estas normas y nos presenta una Introducción que es inaceptable, luego un revisor “normal” debería exigirle reescribirla. En las revistas pay per publish no es necesario y se acepta cualquier cosa como Introducción.

La segunda sección del artículo “Superior Surroundings” empieza afirmando que la solución está en el principio de Mach (sin mencionarlo de forma explícita). “Gravity as an Energy Density Difference” empieza citando el Gravitation de Feynman (libro que con seguridad Annila no se ha leído, al menos así lo parece por lo que escribe sobre su contenido). Tras múltiples frases que no dicen nada, sin ninguna referencia al Gravitation, con afirmaciones que sabes que son incorrectas tras haber estudiado Física en primer curso (como que la gravedad es una fuerza repulsiva si se cumple el principio de Mach), Annila presenta algunas estimaciones numéricas. Afirma que la densidad de energía del vacío es de 10^−9 J/m^3 y dice que este valor no es coincidencia, sino que se obtiene de aplicar la ley de Einstein E = m c^2, pero esto es falso, en realidad, él lo que ha hecho es aplicar esta fórmula a la densidad de energía del universo que se suele escribir como 10^-26 kg/m^3 (como ingeniero te será fácil comprobarlo). Afirmar una tautología no aporta nada al artículo. Hasta la página 4 no ha dicho nada, más allá de sinsentidos y obviedades.

Finaliza la página 4 aludiendo al principio de mínima acción (que estudiaste en Física de primer curso y Mecánica de segundo curso) e iguala la energía potencial gravitacional de todo el universo con una masa equivalente según el fórmula E = m c^2. Esta tautología física le lleva a iniciar la página 5 metiéndose en camisa de once varas, jugando con la tercera ley de Kepler, con la edad del universo T y con un trozo del universo de radio cT. Habla de horizonte del universo y define H=1/T con T=13800 millones de años. Cualquier cosmólogo dejaría de leer de forma automática y rechazaría el artículo. Annila olvida la expansión cósmica y que el universo visible, cuya densidad ha usado antes, es mucho mayor que cT (siendo ingeniero quizás no lo sepas, pero viene en todos los libros de divulgación sobre cosmología). La densidad de energía del universo en una región de radio cT es más pequeña, pero Annila decide ignorarlo.

Llegado este punto se hace difícil seguir leyendo. Fórmulas incorrectas, numerología por doquier e ignorancia sobre el conocimiento actual sobre el universo. Pero sigamos. Tras introducir una aceleración universal aR = G M / R^2, donde M es la masa de todo el universo y R es el radio de la región del universo cT, afirma que dicha aceleración se aplica a una galaxia de masa M0 (cambia aR por aT=aR/2pi). Como ingeniero notarás que no tiene ningún sentido afirmar que la densidad del universo en su conjunto es igual a la densidad de una galaxia y por tanto la aceleración universal es aplicable a una galaxia. Aplicar la fórmula (4) a una galaxia y afirmar que u/r = c/R no tiene ningún sentido. Imagina que para estudiar una bola de acero rodeada de aire dijeras que la densidad del aire y del acero son idénticas, como ingeniero te deberías escandalizar (digo yo).

Pero Annila, amigo Samu, no tiene ningún pudor en escribir fórmulas sin ton ni son, como la (5). Está caliente y tiene que escribir sin leer lo que escribe. Tras definir u/r = c/R se pega un farol y escribe u^2/r = c^2/R, es decir, c=u. Como ingeniero te habrás dado cuenta y habrás tirado el artículo de Annila a la papelera. La velocidad de las estrellas en la galaxia es exactamente la velocidad de la luz en el vacío. ¡Qué monstruo Annila! Ya te lo he dicho antes, pero llegado a este punto, de nuevo, ningún físico y ningún ingeniero puede continuar leyendo el artículo.

Amigo Samu, Annila está en un estado eufórico y ya todo se la suda. Ahora mismo le bailan todos los números y empieza a decir chorradas, por no estar callado. Finaliza la página 5 afirmando que la masa de la Vía Láctea y de Andrómeda son iguales. Como bien sabrás Andrómeda tiene unas diez veces más estrellas que la Vía Láctea y una masa visible unas diez veces mayor. Esto lo saben hasta los niños de educación primaria y supongo que todos los ingenieros deberían saberlo. Pero Annila no se queda ahí sino que arremete contra la ley de Gravitación universal de Newton, que ya ha usado en el artículo varias veces, y afirma en la ecuación (6) que es falsa. Sí, amigo Samu, Annila usa a Newton cuando quiere y le pega una patada cuando le da la gana. Pobre Newton.

Pero un ingeniero como tú, Samu, que ha aprobado Cálculo en primer curso y conoce el teorema fundamental del cálculo, incluso si es capaz de leer hasta la página 7, al llegar a la fórmula (7), ya no tendrá ninguna opción posible para continuar. Annila toma dicho teorema y afirma sin pudor que la derivada de una constante integrada es igual a dicha constante. ¡Toma ya! ¡Qué nivel! Annila es el Chuck Norris de la matemática. No sé si la fórmula (7) te hiere los ojos como a mí, pero si no es así, nunca deberías haber aprobado Cálculo de primer curso.

Y Annila sigue… pero yo no agunto más. Lo siento, Samu, tu admirado Annila seguirá siendo tu admirado. Tú crees en él. Lo sé. Sigue creyendo… Olvida lo que aprendiste en tu carrera de Ingeniería, pero, por favor, no vuelvas a comentar en este blog. Por favor, porque como lo lea alguno de tus profesores se le revolverán las entrañas por haberte aprobado. Por favor, no vuelvas a comentar (lee a Annila usando lectura comprensiva, usando lo que debiste aprender en tu carrera de Ingeniero). No te pido más.

Saludos
Francis

Samu

Francis, te agradezco de veras el análisis que has hecho del paper.

Me gustaría saber no obstante si cuando dices al final que no vuelva a comentar en tu blog te refieres a que no vuelva a comentar en relación a Arto, o a que no comente nunca más en el blog en general.

Un saludo.

Francisco R. Villatoro

Samu, que nos olvidemos de Arto en este blog, por favor, sólo sirve para meter ruido a otros lectores de tus comentarios. Para mí su trabajo es pseudociencia y no me gustan los comentarios pseudocientíficos en mi blog. Pero puedes seguir comentando sobre otros temas, por supuesto.

Samu

Sin problemas. Es tu blog y son tus normas. No volveré a nombrar a este autor ni a sus trabajos (a menos que algún día le den un nobel xDD).

No en serio, no me gusta molestar ni ofender en casa de nadie. Si vuelvo a postear será sobre otros temas :).

Un saludo.

VíctorVíctor

Se enumeran los componentes principales y sus porcentajes: energía oscura, materia oscura y materia bariónica.

Es decir, que se distinguen en un caso (oscura) la energía frente a la materia. Pero no así respecto al componente bariónico, que se reduce a materia, y no a energía. ¿Por qué?

Saludos

Francisco R. Villatoro

Víctor, la diferencia es la ecuación de estado termodinámica. La energía oscura es la componente del universo que tiene presión negativa; no te confundas, la energía oscura no es una forma de energía, a pesar de su “inapropiado” nombre (pues antigravita, mientras la energía siempre gravita). La materia tiene tiene presión positiva (luego gravita, no puede antigravitar). La diferencia entre materia oscura y “visible” es interaccionar con la luz (tener carga eléctrica) o no hacerlo (ser neutro para la carga eléctrica).

Francisco R. Villatoro

Jose, ya he hablado del tema en este blog “La correlación entre materia bariónica y las curvas de rotación galáctica” LCMF 23 Sep 2016. El artículo científico observa una correlación, pero correlación no implica causalidad. El artículo ha sido malinterpretado por muchos medios, que no se han leído el artículo, pero que han entrevistado al autor, famoso por ser anti-materia-oscura. Su artículo científico y lo que dice en las entrevistas no tienen nada que ver. No te confundas, Jose.

JoseJose

Gracias Francis, ahora he visto tu reseña.

Tu blog es para mí un referente, lo digo sinceramente. Soy Doctor en Telecomunicaciones y gracias a ti consigo estar al día en muchos temas punteros, no solo de ciencia sino del mundo académico y universitario.

Continúa por favor, si necesitas apoyo de nosotros tus lectores no dudes en pedírnoslo. Tu sano escepticismo nos enriquece a todos. Además das adecuado tratamiento a los outsiders que hacen “bogus science” como debe ser con ellos, sometiéndoles al escrutinio de la experimentación, o sea, simplemente ecuánime. Yo procuro leer a todo el mundo, sean mainstream o no, pero ante tanto ruido una voz sólida como la tuya es como te digo un referente.

Dicho esto, quisiera pedirte si conoces algún artículo que hable de ondas electromagnéticas en la parte extremadamente baja del espectro, hablo no de ELF, sino mucho menos, de nanohertz o picohertz. No de ondas gravitatorias, sino electromagnéticas. No he sido capaz de encontrar nada en la WoS ni en Google Scholar.

http://www.chaos.org.uk/~eddy/physic...quency.html

Un abrazo,

Francisco R. Villatoro

Jose, siendo teleco debes saber que son imposibles de detectar. ¿Has calculado su longitud de onda? Una antena de ese tamaño es imposible de concebir. ¿Has calculado cuál es su periodo en años? Una medida durante un tiempo tan largo es imposible de concebir. Siendo imposibles de detectar/observar no hay investigaciones sobre ellos ni en WoS ni en GS.

JoseJose

Totalmente cierto, por eso me interesan, para tutelar una posible nueva investigación. El problema no es solo la antena, que ya es bastante, sino que la energía de un fotón con esta frecuencia es muy muy reducida.

Pero se me ocurre una forma de abordarlo, usando obviamente estructuras del tamaño de la longitud de onda ya existentes a estas escalas que quiza puedan verse afectadas. No sé cuales podrían ser. Pero un enfoque sería buscar cierta coherencia constructiva (en las hipotéticas fuentes) que pudiese sumar su efecto hasta hacerlas detectables.

Solo son especulaciones, si a alguien se le ocurre una idea, la apreciaría.
Un saludo y gracias a ti y a todos los lectores,

Francisco GutiérrezFrancisco Gutiérrez

Soy un aficionado a estas cuestiones siendo la energía oscura y la masa oscura un tema que me ha apasionado y lo he dado muchas vueltas de forma teórica divirtiéndome mucho. Mi modesta opinión es que la masa oscura se genera o induce al comprimir la masa normal, por lo que al principio del universo había mucha masa oscura, la cual desaparece al expandirse el universo, y se transforma en energía oscura, acelerando las galaxias, conservando la energía y el momento. Por lo tanto, hay un vínculo claro entre la masa oscura y la energía oscura. Mi idea es larga de explicar y me decidí a exponerla en un libro titulado “la masa oscura y energía oscura…una idea”.
Un saludo

Francisco R. Villatoro

Francisco, lo siento, pero en ciencia tu opinión no sirve para nada. Si tus ideas explican todos los datos disponibles sobre la materia oscura, publica tu idea. Si no, lo siento. Y por cierto, la “masa normal” no existe y la “masa oscura” tampoco. Supongo que te refieres a “materia bariónica” y “materia oscura”.

Francisco GutiérrezFrancisco Gutiérrez

La idea la he plasmado en el libro que menciono, que es lo que he encontrado mas asequible dada mi condición de aficionado.
Igual que un aficionado acude a una conferencia y hace una pregunta (en forma de exposición) al experto conferenciante con el fin de esperar una opinión del mismo, yo he configurado un libro como si fuera una exposición y ahora espero que expertos del tema opinen y me corrijan.
Respecto al concepto de “materia oscura” las teorías mas aceptadas indican que lo más probable es que sea partículas, pero en mi opinión, si consideramos que la masa es un efecto de la materia bariónica y es este efecto el que cambia y no la cantidad de materia bariónica, entonces si estaría bien aplicado el término de masa oscura.

Deja un comentario

Tu email nunca será mostrado o compartido. No olvides rellenar los campos obligatorios.

Obligatorio
Obligatorio
Obligatorio

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>