La evolución de la energía oscura

Me ha gustado esta figura que ilustra muy bien que la energía oscura es un fenómeno “reciente” en la historia del universo. La energía oscura, la causa “desconocida” de la reciente expansión acelerada del universo, fue descubierta gracias a las supernovas de tipo Ia, pero hoy en día ha sido observada (confirmada) por muchos otros medios. Se trata de un fenómeno “reciente” ya que no se observa para corrimientos al rojo z>2. En la época de la recombinación, cuando el universo tenía unos 375.000 años y “cristalizó” el fondo cósmico de microondas, no había energía oscura en el universo. ¿Qué puede ser la energía oscura? La hipótesis más socorrida es que está asociada al vacío, a una especie de “antigravedad” asociada al vacío que se modela mediante una constante cosmológica como fuente, es decir, colocada en el miembro derecho de la ecuación de Einstein, en lugar de en el izquierdo, donde la colocó Einstein para lograr un universo estático. La NASA tiene un programa bastante completo para el estudio de la materia oscura y de la energía oscura, como nos cuenta Neil Gehrels, “NASA’s Dark Matter & Dark Energy Program,” NASA/GSFC, SpacePart12, Nov. 5, 2012 [slides, vídeo CDS]. Por cierto, el vídeo de la charla (media hora) está bastante bien y se centra en el futuro, tanto JWST como WFIRST.

Francis en Naukas: El teléfono móvil y el cáncer

“El Tribunal Supremo italiano ha sentenciado que “el uso prolongado del teléfono móvil puede provocar cáncer” y que el tumor cerebral próximo a la oreja de Innocente Marcolini (Brescia, Italia) es resultado de “un uso prolongado del teléfono móvil” por lo que debe ser indemnizado por enfermedad laboral [1]. La sentencia se apoya en varios estudios científicos realizados por Hardell y Kundi [2]. (…) A un juez no le corresponde evaluar la validez de las evidencias científicas, puesto que no está formado para ello. Cuando así ocurre, acontecen verdaderos disparates. Los hechos que nos ocupan describen un caso aislado con una relación causa-efecto no demostrada que no debemos generalizar. Estos hechos no han sido convenientemente establecidos ni las evidencias disponibles han sido rigurosamente evaluadas; de ser así, como veremos, esta sentencia nunca habría tenido lugar.”

El Telescopio del Polo Sur (SPT) confirma con 5,4 sigmas la existencia de la energía oscura

¿Qué nos deparará el fondo cósmico de microondas (CMB) observado por el satélite Planck de la ESA? Por ahora, nos tenemos que conformar con los resultados de SPT (South Pole Telescope) que ha estudiado los picos acústicos del CMB entre 650 < l < 3000 (mucho más allá de WMAP7). La combinación WMAP7 + SPT muestra la existencia de la energía oscura con 5,4 sigmas de confianza estadística. Además, se confirma el modelo ΛCDM y se restringen fuertemente sus posibles extensiones. El efecto de lente gravitatoria del CMB se confirma a 8,1 sigmas con una amplitud de 0,86 ± 0,30 al 95% C.L., consistente con el modelo ΛCDM. El universo es plano con una curvatura media de 0,003 ± 0,018. El cociente entre perturbaciones tensoriales y escalares medido por WMAP7+SPT es r < 0,18 al 95% C.L. (recuerda que Planck llegará a r < 0,01 y que r=0 significa que no hay fondo cósmico de ondas gravitatorias). En mi opinión, lo más interesante se muestra en la figura que abre esta entrada; la línea discontinua es la predicción para el CMB y la línea continua añade las contribuciones del efecto Sunyaev-Zel’dovich (SZ) debido a la interacción del CMB con las grandes estructuras del universo; el acuerdo es espectacular (de hecho, para la región 2200 < l < 3000 se cree que la precisión de SPT será mayor que la de Planck). Una demostración más de que el modelo ΛCDM funciona mucho mejor de lo esperado. El artículo técnico es K. T. Story et al., “A Measurement of the Cosmic Microwave Background Damping Tail from the 2500-square-degree SPT-SZ survey,” arXiv:1210.7231, Subm. 26 Oct 2012. Recomiendo leer a Sean Carroll, “South Pole Telescope and CMB Constraints,” Cosmic Variance, 5 Nov 2012.

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Por qué las estrellas no titilan en Marte

Marte tiene atmósfera, pero unas cien veces más delgada que la de la Tierra. El instrumento SAM de Curiosity nos indica que en el Cráter Gale la atmósfera marciana contiene un 95,9% de CO2, un 2,0% de Ar, 1,9% de N2, 0,14% de O2 y 0,06% de CO. La atmósfera marciana se mueve y quizás alguno se pregunte si las estrellas titilan en Marte. Ningún ser humano ha estado allí, pero un cálculo sencillo permite demostrar que las estrellas no titilan en Marte. Las variaciones de la temperatura en las capas altas de la atmósfera (de un planeta rocoso) introducen variaciones del índice de refracción que actúan como una serie de pequeñas lentes (lupas) que focalizan la luz. Gracias a ello las estrellas titilarán si se cumplen las siguientes tres condiciones: (1) la longitud focal efectiva de las “lentes” debe ser igual a su altura sobre el suelo; (2) el tamaño angular aparente de la estrella debe ser menor que el tamaño angular aparente de las “lentes” en la atmosféra, que a su vez debe ser menor que la resolución angular del ojo humano; y (3) la velocidad del flujo de aire dividida por el diámetro típico de las “lentes” debe estar en el rango entre 1 y 10 Hz para que la variación en la intensidad de la luz sea percibida como un centelleo por el ojo humano. ¿Titilan las estrellas en Marte? No, porque su atmósfera no cumple estos tres requisitos. ¿Qué planetas titilan vistos desde la Tierra? Un cálculo cuantitativo permite estimar que un objeto no titila si tiene un tamaño angular aparente mayor de 4 × 10-5 radianes (aprox. 8 segundos de arco). El diámetro angular aparente (típico) de Venus, Marte, Júpiter y Saturno es de 3,2 × 10-4, 1,2 × 10-4, 2,4 × 10-4, y 1,0 × 10-4 radianes, resp., luego estos planetas no titilan; los demás sí lo hacen, como las estrellas. ¿Por qué no titilan estos planetas? Porque el ángulo subtendido por el disco de estos planetas cubre varias “lentes” y sus efectos se compensan. El fenómeno del titilar  es parecido a las cáusticas que se producen en el fondo de una piscina un día soleado. Los planetas no tililan por el mismo efecto que un día nublado no vemos cáusticas en la piscina, ya que la luz penetra por varias “lentes” diferentes de forma simultánea y el efecto se compensa. ¿Por qué la posición de una estrella no se mueve al titilar? No se mueven a simple vista por el efecto de “lente” de las variaciones del índice de refracción; sin embargo, cuando las estrellas se observan con un telescopio su posición se mueve mientras titilan. Los interesados en los detalles de estos cálculos disfrutarán del artículo de Lorne Whitehead, John Huizinga, Michele Mossman, “Why do stars twinkle, and do they twinkle on Mars?,” American Journal of Physics 80: 980-984, November 2012.