Astrofísico Boris Stern: 3 conocimientos más asombrosos sobre el Universo que recibimos en el siglo XXI
Miscelánea / / April 27, 2023
Los cosmólogos han descifrado los mensajes que nos envió el Big Bang y los astrofísicos se han convencido de la veracidad de las predicciones de Einstein.
El 29 y 30 de abril, la conferencia "Científicos contra los mitos». En él, los expertos combatirán los estereotipos sobre la vida en la Tierra y en el espacio. El astrofísico Boris Stern participará en la discusión "¿A qué conducen los intentos de comprender la estructura del Universo?".
Especialmente para Lifehacker, habló sobre casos exitosos de exploración espacial y cómo cambiaron el panorama científico y las ideas sobre el mundo.
boris popa
Astrofísico. Doctor en Ciencias Físicas y Matemáticas, Investigador Principal del Instituto de Investigaciones Nucleares de la Academia Rusa de Ciencias y del Centro Astroespacial de la FIAN.
En el siglo XX, se produjo un gran avance en el estudio del espacio: se desarrollaron tecnologías y se mejoraron los métodos de observación. Si antes los científicos se contentaban sólo con los telescopios, ahora tienen otros, más
herramientas perfectas: satélites, aparatos de radioastronomía, interferómetros.Gracias a esto, en los últimos 20 años se han realizado los descubrimientos más importantes en cosmología y astrofísica: la existencia de ondas gravitacionales, el descubrimiento de exoplanetas y, finalmente, la historia del universo y su contenido se determinan con un alto exactitud. Todo esto es el conocimiento más importante que ha ampliado nuestra comprensión del mundo que nos rodea.
1. Hay muchos planetas donde la vida es posible.
«epopeya exoplaneta” comenzó en 1995, cuando se aplicó por primera vez el método de velocidad radial. Gracias a él, periódicamente fue posible observar un cambio en las líneas espectrales de las estrellas según el efecto Doppler. Como resultado, se encontró un planeta gigante aparentemente imposible con un período orbital de 4,2 días, muy cerca de la estrella 51 Pegasus.
Luego se convirtió en una sensación científica y los científicos comenzaron a buscar exoplanetas. El verdadero avance en esta área se produjo en 2009, cuando se lanzó el telescopio Kepler.
Ya estaba trabajando en un método diferente: el tránsito. El objetivo era "atrapar" el pequeño oscurecimiento de las estrellas causado por el paso de los planetas en su fondo.
Como resultado, ha habido un crecimiento explosivo en el número de exoplanetas descubiertos. Si antes había cientos de ellos, ahora el número era de miles.
A la fecha, de estos, se ha confirmado firmemente la existencia de 5.357. Estos son planetas completamente diversos: tanto fríos como calientes, comparables tanto con la masa de Mercurio como con la masa de 10 Júpiter. Entre ellos, muy probablemente, están aquellos cuya superficie es un océano continuo y hielo con temperaturas extremadamente bajas.
Sin embargo, entre todo este "zoológico" exoplanetario no existen prácticamente ejemplares de este tipo en los que pueda haber vida. Esto no significa que no existan en absoluto. Es solo que el efecto de selección funciona aquí: para calentarse de la misma manera que la Tierra con una estrella de la clase Sol, tales planetas deben tener órbitas bastante grandes, un "año largo". Para arreglar sus tránsitos, las estrellas tardan mucho tiempo observar. Pero Kepler no tuvo este tiempo: trabajó solo 3 años. Al mismo tiempo, incluso si se descubrieran tales planetas, sería muy difícil demostrar que tienen vida.
Además, es probable que la vida extraterrestre sea diferente a la de la Tierra. Con una alta probabilidad, veríamos solo moco bacteriano. Porque en el camino desde el surgimiento de la vida hasta una forma altamente desarrollada, y más aún inteligente, hay diferentes eventos poco probables y, muy probablemente, en otros planetas, el proceso se ralentiza en las primeras etapas desarrollo.
En este sentido, la Tierra es un fenómeno raro.
En este momento, carecemos de la precisión de los instrumentos para detectar esos planetas utilizando el método de la velocidad radial, y no hay telescopios como el Kepler para rastrear sus tránsitos.
Pero creo que pronto se mejorarán los medios y los científicos comenzarán a detectar las primeras "Tierras". Por ejemplo, hay indicios de que en el sistema Tau Ceti, cerca de sol estrella - hay planetas en zona habitable.
2. Las ondas gravitacionales existen
Según la teoría de la relatividad de Einstein, la fuerza de la gravedad es el resultado de la curvatura del espacio-tiempo bajo la influencia de la materia, donde las ondas gravitatorias son sus ondas.
Las ondas gravitacionales se forman como resultado de la fusión. agujeros negros o estrellas de neutrones, es decir, objetos masivos. Cerca de ellos, el espacio se contrae y se expande en un 10% o más, y con él, cualquier objeto en él. Estamos recibiendo pequeñas ondas, que son muy difíciles de registrar.
Cuando Einstein formuló la teoría de la relatividad, los científicos iniciaron un largo e infructuoso intento de detectar experimentalmente las ondas gravitacionales.
El primer método razonable propuesto Soviético científicos: Vladislav Pustovoit y Mikhail Gertsenstein. En la década de 1960, escribieron un artículo en el que proponían la creación de un detector de ondas gravitacionales en forma de interferómetro láser.
El principio de su trabajo era el siguiente:
- Dos espejos están a una distancia de varios kilómetros el uno del otro.
- El rayo láser de interferencia mide con precisión la distancia entre ellos.
- Si comienza a cambiar, esto puede deberse a la influencia de las ondas gravitacionales.
La idea es simple, pero su implementación resultó estar asociada con muchas dificultades. El hecho es que la precisión con la que es necesario medir el cambio en la distancia entre los espejos es decenas de miles de veces menor que el tamaño de un protón en un núcleo atómico. Para hacer esto, necesita un rayo láser potente, un vacío, una configuración de detector única.
Se necesitaron varias décadas para lograr todo esto. Como resultado, en 2015, científicos de los Estados Unidos lograron hacer esto. Tenían dos detectores, que registraban la señal de las ondas gravitacionales, y sus resultados coincidían tanto entre sí como con los cálculos teóricos.
No queda ninguna duda: las ondas gravitacionales existen.
La teoría general de la relatividad, hermosa desde el principio, se confirmó en la práctica. Era muy importante mostrarles a todos los que dudaban: miren cuán poderosamente funciona.
Desde entonces, el número de registros de ondas gravitacionales ha superado el centenar. Los científicos acumulan estadísticas y también desarrollan un proyecto para un interferómetro ultrasensible que puede usarse en el espacio.
3. Fondo de microondas: un libro de texto sobre la historia del universo
El fondo de microondas es la luz que se formó en los primeros cientos de miles de años después del Big Bang. Nos alcanzó en forma de ondas de radio cortas, de una fracción de centímetro de tamaño.
¿De dónde vino esta luz? En los primeros momentos de su vida, el Universo era denso, caliente y extremadamente ionizado, es decir, los núcleos de los átomos estaban separados de los electrones. Solo después de 380 mil años "se hicieron amigos" entre sí y formaron átomos neutros. Debido a esto, la interacción de la luz con nuevas sustancias ha cambiado drásticamente. Los fotones volaron en todas direcciones, se volvieron menos energéticos a medida que su longitud de onda se extendía junto con la expansión del universo. Así nos llegó la luz del Big Bang.
En el siglo XX, comenzaron los estudios del fondo de microondas. En la década de 1990, la sensibilidad de los instrumentos aumentó tanto que se notaron sus manchas y desniveles.
En la década de 2000, se lanzó al espacio un potente detector de radiación de microondas WMAP, que tomó un mapa de esta radiación de alrededor cielo en buena resolución.
Gracias a ella se construyó la distribución de contraste de los spots en función de su tamaño, con picos y desniveles. Tal fenómeno se llama oscilaciones de Sakharov: fue descrito por primera vez por el físico soviético Andrei Dmitrievich Sakharov.
La proporción de estos picos y valles muestra exactamente cómo era el universo primitivo y también describe sus propiedades.
Ahora sabemos exactamente la cronología de los eventos desde las primeras fracciones de segundo después del Big Bang hasta el día de hoy. Creo que este es el logro más importante del siglo XXI.
Desafortunadamente, esta investigación se ha estancado. Después del experimento WMAP, se lanzó el satélite Planck con un sistema más avanzado microonda telescopio. Obtuvo datos que faltaban, pero no trajo ningún descubrimiento fundamentalmente nuevo.
La cosmología ha agotado las posibilidades del método para medir la radiación reliquia. Por lo tanto, es muy difícil avanzar. Pero esto es natural: después de la revolución, aparece una meseta. Los nuevos avances tendrán que esperar.
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