Ampliación de contenidos: Capítulo 1
Dado que este capítulo trata un poco de todo bajo un punto de vista cualitativo, es de prever que será donde se realizarán más actualizaciones y contribuciones.
La edad del universo
Edad de formación de los cúmulos globulares
A partir de datos observacionales, Carretta, Gratton, Clementini & Fusi Pecci (2000), encuentran que los cúmulos globulares se forman a z≈3. Este resultado confirma las simulaciones de Kravtsov & Guedin (2005), que indican que los primeros cúmulos se forman a z≈12, pero que la mejor época se sitúa a z≈3-5.
Edad del universo a partir de los cúmulos globulares
Si aceptamos, a partir de los estudios del apartado anterior, que los cúmulos se forman entre z≈3-5, ello se traduce en una edad de formación entre 2 y 1 Ga, respectivamente, con escasa dependencia de los parámetros cosmológicos (&Omegai0 y H0).
Combinando estos resultados con los obtenidos para la edad que se estima a partir de las observaciones de cúmulos globulares, se infiere una edad del universo:
t0=(14.4-15.4)+-1 Ga
Si se acepta que según Imbriani et al. (2004), las edades estimadas para los cúmulos globulares deben ampliarse en 0.7-1.0 Ga, las edades del universo se incrementarían a:
t0≈(15.2-16.2)+-1 Ga
En consecuencia, el límite inferior para la edad de nuestro universo, teniendo en cuenta los márgenes de error, oscila entre:
t0>13.4-14.2 Ga
Estos resultados tienen implicaciones en el modelo cosmológico que se asume para nuestro universo, como se muestra en la ampliación de contenidos del capítulo 5 en esta misma WWW.
La ley de Hubble
A partir de lo visto en el capítulo 4 del libro, podemos concluir que podemos expresar
Dp=H0-1f (z,&Omegai0)
Luego,
D&primep=H0Dp= f(z,&Omegai0)=cz+...
Es decir: la ley de Hubble es una aproximación, mientras que
D&primep=H0Dp
es exacta.
La expansión del universo
La expansión ocurre simultámente en todos los puntos del universo, en caso contrario, no existiría homogeneidad.
Sin embargo, en un caso general, existirán puntos del universo que no habrán estado nunca en contacto causal. Por tanto no cabe imaginar la expansión como debida a una "perturbación" que se propaga por el espacio tiempo como sería el caso de una explosión convencional, puesto que dicha perturbación debería "propagarse" instantáneamente. Este fenómeno, además de contradecir la relatividad, implicaría el contacto causal de todos los puntos del universo entre sí.
En consecuencia, es el mismo espacio-tiempo el que se expande, mientras los objetos están "anclados" a él. Por ese motivo la recesión a velocidades súper-luz no contradice la relatividad.
Recordemos que la expansión tendría lugar incluso en un universo sin ninguna densidad de energía (universo de Milne).
La expansión del universo y la energía de los fotones
Como la expansión del universo aumenta la longitud de onda de los fotones, entonces su energía disminuye con el tiempo. En efecto, la densidad de energía de la radiación depende de la cuarta potencia del término (1+z). Dicha energía disminuye, por tanto, debido a la expansión.
La estaticidad local de la métrica
Este concepto puede entenderse con un símil mecánico: la consabida spuerficie de goma sobre la que los objetos con masa dejan un "hoyo". Si añadimos otro(s) objeto(s) (varias galaxias formando un grupo o cúmulo, un planeta que orbita alrededor de una estrella aislada o un electrón alrededor de un protón aislado), al "estirar" la superficie en todas direcciones, los objetos dentro del "hoyo" no se separan, pero distintos "hoyos" sí se separan entre sí.
Lógicamente, si se tratase de una superficie real de goma, la tensión reduciría la profundidad de los "hoyos", pero las propiedades del espacio-tiempo no son las de una goma.
La materia oscura
Estructura de la materia oscura
La materia oscura fría se comporta como un fluido sin presión que se extiende hasta 100-200 kpc del centro de las galaxias y está compuesta por partículas exóticas en más del 60%. Típicos candidatos para estas partículas son WIMPs no relativistas y muy masivos (más de 30 GeV) consistentes en la partícula supersimétrica más ligera (neutralinos), o las partículas Kaluza-Klein (K-K) más ligeras (bosón de K-K, neutrinos de K-K), entre otros candidatos.
La materia oscura no se distribuye uniformemente dentro de una galaxia, sino que se halla más concentrada en el centro. Existe pues un gradiente de densidad. Sin embargo, la cantidad total de materia oscura es mayor en las partes más externas, puesto que el volumen involucrado es mayor (el elemento de volumen tiene la forma 4πr2Δr).
La materia oscura no forma estructuras condensadas como la materia bariónica. Dicho de otro modo: no existen estrellas de materia oscura. El motivo es que la materia oscura no interacciona o lo hace poquísimo tanto con materia bariónica como consigo mismo (sin embargo se han propuesto modelos de materia oscura con fuerte auto-interacción: Wandelt et al. 2000). Repasando los conceptos básicos de crecimiento de estructuras que se tratan en el capítulo 8, vemos que primero tiene lugar un crecimiento lineal, y luego un crecimiento no-lineal. Sin embargo, la materia (bariónica o no) tiene sus movimientos peculiares turbulentos que impiden el colapso más allá de un cierto punto. En este momento es cuando se nota la diferencia entre la materia bariónica y la no bariónica: la auto-interacción de la materia bariónica a través de fenómenos como la viscosidad, disipa las velocidades turbulentas y provoca el colapso final. Como la materia no bariónica no interactúa ni con la bariónica ni entre sí, estos fenómenos disipativos no tienen lugar y el colapso final no se produce. Por este motivo no se forman estructuras condensadas de materia oscura.
Detección
Dado que los WIMPs son muy masivos, podrían detectarse directamente por el retroceso de los núcleos debido a una interacción elástica. Sin embargo la frecuencia con que tendrín lugar estas reacciones sería; muy baja o incluso indetectable con las técnicas actuales. Por este motivo habría que recurrir a signaturas características de dicha interacción, tales como:
- La modulación de dicho efecto debido a la velocidad de la Tierra
- La direccionalidad debido a la composición de velocidades de la Tierra en torno al Sol y del sistema solar dentro de La Galaxia
- Detección de rayos gamma debido a la desexcitación de los núcleos
- Detección de electrones producidos en la colisión
- Observación de rayos-X duros producidos cuando se cubren los huecos dejados por los anteriores electrones
También se ha sugerido que la materia oscura se podría detectar en los cúmulos de galaxias y en los centros de las galaxias mediante los rayos gamma que se producirían debido a su aniquilación mediante distintos mecanismos.
La asimetría materia-antimateria
Esta asimetría no puede ser debida a "condiciones iniciales" del universo, salvo que el universo empiece en un instante inicial a una temperatura tan baja que las distintas interacciones ya no se encuentren unificadas.
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