El Club de Ciencias

miércoles, 6 de noviembre de 2019

el universo se está expandiendo más rápido de lo que los científicos pensaban

El universo se está expandiendo mucho más rápido de lo que predijeron los científicos, y nadie sabe por qué.

Un equipo de investigadores ha confirmado este dilema con datos recopilados utilizando una nueva tecnología de telescopio que se basa en espejos que cambian de forma.

Según su estudio, que fue publicado el mes pasado en la Royal Astronomical Society, las mediciones precisas de la velocidad a la que se está expandiendo el universo no coinciden con el modelo estándar que los científicos han estado utilizando durante décadas.

"Ahí radica la crisis de la cosmología", dijo Chris Fassnacht, astrofísico y coautor del estudio, en un comunicado de prensa.

Otros estudios publicados a principios de este año llegaron a conclusiones similares.

"Este desajuste ha ido en aumento y ahora ha llegado a un punto que es realmente imposible descartar como una casualidad. Esta disparidad no podría ocurrir por casualidad", dijo Adam Riess, el científico ganador del Premio Nobel que realizó un estudio que se publicó en abril, en un comunicado de prensa en ese momento.

Añadió que estos hallazgos "pueden ser el desarrollo más emocionante en cosmología en décadas".

El misterio de la Constante de Hubble

El universo siempre se hace más grande, extendiendo las galaxias más lejos. Durante décadas, los científicos han intentado medir cuán rápido está creciendo el universo — un número llamado la Constante de Hubble.

Los investigadores reconstruyen la historia del universo estudiando el resplandor de la radiación que quedó del Big Bang hace unos 13.800 millones de años, llamado fondo cósmico de microondas (CMB).

Cuando los científicos estudian el CMB, están buscando tanto en la distancia como en el pasado, ya que la luz viaja a una velocidad constante. Cuando miramos al sol, por ejemplo, lo que vemos en la Tierra es el sol tal como apareció hace 8 minutos, ya que está a unos 8 minutos luz de distancia. Así que cuando los científicos miran los objetos lo suficientemente lejos en la distancia, los ven como eran al principio del universo.

Basados en esas observaciones, los científicos han encontrado que después del Big Bang, el universo se expandió al principio muy rápidamente. Entonces la expansión se hizo más lenta a medida que la gravedad de la materia oscura — una fuerza misteriosa e invisible que constituye alrededor del 85% de toda la materia en el universo — retrocedía.

Una representación artística del modelo estándar de la cosmología.

Pero recientemente, se han encontrado con un problema.

Las mediciones del universo contemporáneo muestran que se está expandiendo mucho más rápido de lo que predice el modelo estándar. El estudio de Riess de abril encontró que el universo se está expandiendo un 9% más rápido de lo que predijeron los cálculos basados en el CMB.

"Esto no son solo dos experimentos en desacuerdo", dijo en ese momento. "Estamos midiendo algo fundamentalmente diferente. Una es una medida de lo rápido que el universo se está expandiendo hoy en día, tal como nosotros lo vemos. La otra es una predicción basada en la física del universo primitivo y en las mediciones de la velocidad a la que debería expandirse. Si estos valores no concuerdan, es muy probable que nos falte algo".

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Las nuevas tecnologías confirman el dilema pero no estamos más cerca de resolverlo

Los telescopios Keck I y Keck II en Mauna Kea en Hawaii.

Para el nuevo estudio, los investigadores usaron un sistema de espejos de primera calidad en el telescopio del Observatorio Keck en Hawaii. El dispositivo utiliza espejos flexibles que pueden corregir las distorsiones causadas por la atmósfera de la Tierra y devolver imágenes extra nítidas de los objetos en el cielo.

Los investigadores apuntaron el telescopio hacia tres sistemas de galaxias brillantes y altamente activas llamadas cuásares.

Estudiaron los cuásares usando un proceso llamado lente gravitacional, que mide la forma en que la luz se dobla a medida que viaja alrededor de objetos masivos en su camino hacia la Tierra. Un objeto masivo (como una galaxia gigante, por ejemplo) dobla la luz en una variedad de direcciones, lo que permite a los científicos ver diferentes versiones distorsionadas del mismo cuásar desde tiempos ligeramente diferentes en su pasado. Luego pueden comparar esas imágenes para calcular cuánto tiempo tarda en llegarnos la luz de un cuásar y reunir información sobre cuánto se expandió el universo durante ese tiempo de viaje.

Imágenes de los tres sistemas de cuásares con lentes.

Al igual que los estudios anteriores, los nuevos resultados mostraron que el universo se está expandiendo más rápidamente de lo que predice el modelo estándar. Los investigadores compararon sus resultados con los datos del Telescopio Espacial Hubble, y los resultados fueron consistentes.

"Una diferencia en la constante de Hubble entre el universo de tiempo temprano y el de tiempo tardío significa que hay algo que falta en nuestro modelo estándar actual", dijo la astrofísica Sherry Suyu en un comunicado de prensa sobre el estudio reciente. "Por ejemplo, podría ser energía oscura exótica, o una nueva partícula relativista, o alguna otra física por descubrir".

Una animación por ordenador de cómo podría haber sido el Big Bang.

Los científicos aún no saben qué podría ser esa pieza faltante. Algunos piensan que el culpable podría ser la energía oscura, el término para la fuerza misteriosa e invisible que constituye alrededor del 68% del universo. Esta energía podría haber acelerado la expansión al empujar hacia afuera y abrumar la gravedad de la materia oscura.

Fassnacht dijo que espera que los científicos continúen empleando esta nueva tecnología de telescopio para recopilar datos más precisos mientras buscan piezas perdidas en su comprensión del universo.

"Tal vez esto nos lleve a un modelo cosmológico más completo del universo", dijo.

los neandertales fueron capaces de hacer fuego

Aunque los neandertales usaron fuego de forma regular, durante años los arqueólogos se han preguntando si fueron capaces de hacer fuego o si consiguieron el fuego de otras fuentes naturales. Sin embargo, nueva evidencia geoquímica sugiere que los neandertales poseían la capacidad cultural para, por así decirlo, organizar sus propias barbacoas en la época paleolítica.

Me cuesta admitirlo, pero si yo estuviera perdido en la naturaleza y necesitaba hacer fuego sin unas astillas o un mechero, bueno, estoy seguro de que pasaría una noche muy fría. En realidad, la habilidad de poder hacer fuego me recuerda a la magia. Por lo tanto, imagina lo que significó para los primeros humanos.

En un momento determinado, nuestros ancestros utilizaron el poder del fuego para mantener el calor, hacer comida, producir nuevos materiales, mantener lejos a los depredadores o iluminar cuevas oscuras. Y por supuesto, también proporcionó una nueva actividad social: reunirse alrededor de una fogata.

Los estudios arqueológicos sugieren que varias especies de homininis empezaron a usar fuego hace por lo menos 1,5 millones de años, pero nadie sabe cómo consiguieron ese fuego. Esta habilidad, o la capacidad de hacer y controlar fuego, se conoce como pirotecnología, y cambió el paradigma. En general, se había pensando que solo nuestra especie, Homo sapiens, poseía esta habilidad.

No obstante, nueva evidencia presentada esta semana en Scientific Reportssugiere que los neandertales también tenía la capacidad para hacer fuego. Investigadores de la Universidad de Connecticut demostraron que así era con evidencia de los análisis isotópicos y los hidrocarburos. De acuerdo con los investigadores, los neandertales tenían pobre acceso a los incendios forestales, lo cual significa que la única forma de conseguir fuego era hacerlo ellos mismos.

“Se asumía que el fuego era la especialidad del Homo sapiens, pero ahora sabemos que otros humanos antiguos, como los neandertales, podían hacer fuego”, afirma Daniel Adler, uno de los autores del nuevo estudio y profesor adjunto de antropología en la Universidad de Connecticut, en una declaración. “Al final, quizá no somos tan especiales”.

Sabemos que los neandertales y otros homininis usaron fuego porque existe evidencia arqueológica para demostrarlo, como restos de los fosos de fuego o los huesos quemados de diferentes animales. Pero también existe evidencia que muestra que los neandertales tenían los materiales necesarios para hacer fuegos, específicamente bloques de dióxido de manganeso. Pequeñas cantidades de este material pueden ayudar a las personas a hacer fuego, ya que se puede encender en temperaturas más bajas que otros materiales.

Dicho esto, hay evidencia de Francia que afirma que el fuego que hicieron los neandertales está relacionado con periodos de temperaturas más cálidas, o épocas en las cuales los bosques estaban llenos de materiales inflamables y en las que había más probabilidades de impactos de relámpagos. Se ha citado este y otros casos como ejemplos de que los neandertales no tenían habilidades pirotécnicas, dado que era fácil que consiguieran fuego de los arbustos en llamas.

Para el nuevo estudio, Adler y sus compañeros tenían como objetivo realizar una prueba de hipótesis, o determinar si el uso de fuego por los neandertales estaba asociado con los incendios forestales.

Una parte crítica de la investigación era una molécula llamada hidrocarburo aromático policíclico, o PAH por sus siglas en inglés. Se liberan PAHs cuando se queman materiales orgánicos, y pueden proporcionar un historial de fuego a lo largo de la escala geológica temporal. También vienen en dos variedades. Los lPAHs tienen PAHS de un peso molecular menor, mientras que los hPAHs tienen PAHS con un peso molecular alto. Los lPAHs pueden atravesar largas distancias, mientras que los hPAHs se mantienen en la zona local.

Para el estudio, los investigadores analizaron lPHAs dentro de la cueva Lusakert 1 en Armenia, una cueva neandertal, y consideraron que eran evidencia del uso de fuego. Los hPHAs fuera de la cueva, por el otro lado, eran evidencia de incendios forestales. Los científicos también analizaron los datos isotópicos de plantas fosilizadas, específicamente de la cera encontrada en las hojas, para determinar cómo eran las condiciones climáticas de aquella época.

Se analizaron 18 capas sedimentarias de hace 40.000 y 60.000 años de la cueva Lusakert 1. Los hHPAs en estas capas, junto con otros datos arqueológicos, indicaron que los neandertales habían usado el fuego de forma extensa en la cueva. Durante el mismo periodo, sin embargo, se produjeron pocos incendios forestales fuera de la cueva. Además, los datos isotrópicos demostraron que no había condiciones en el medioambiente, como la sequedad excesiva, que facilitaban la creación de fuego.

Esto condujo a que los autores rechazaran la hipótesis que afirmaba que el uso de fuego por los neandertales “dependía de su ocurrencia natural en el entorno regional”, de acuerdo con el estudio. De hecho, la investigación indica que los neandertales usaron fuego de forma frecuente “durante periodos en los cuales se producían pocos incendios forestales”, escribieron.

Alex Brittingham, un químico y autor del estudio, describió los hallazgos de la siguiente manera: “Parece que pudieron controlar el fuego [y no dependían] de los incendios forestales”.

Los investigadores se enfrentaron a un desafío a la hora de recoger todos los datos y asegurarse de que pertenecían a la misma época.

“En un contexto arqueológico como el que existe en la cueva Lusakert, nos vemos obligados a responder todas las preguntas utilizando escalas temporales más largas”, le dijo Brittingham a Gizmodo en un email. “Así que todo los datos que presentamos en la publicación, ya sea [información del clima] deducido por la cera en las hojas, los datos de fuego de PAHs o datos de la ocupación humana de líticos, se basan en un promedio de tiempo. Por lo tanto, cuando comparamos estos conjuntos de datos independientes, lo hacemos con diferentes capas estratigráficas”.

Al final, el estudio presenta evidencia indirecta, en lugar de evidencia directa como bloques de dióxido de manganeso u otras pistas, que apoya la idea de que los neandertales dominaban la pirotecnología. Se necesitará más evidencia para que la teoría sea más aceptada, pero el estudio es un buen primer paso.

Otra potencial limitación del estudio es la posibilidad de que los materiales sedimentarios se movieron a lo largo de los años, o que se degradaron o diluyeron debido a la erosión.

“Sin embargo, dado la buena preservación de los otros hidrocarburos en la zona, no creemos que esto sea un problema”, le dijo Brittingham a Gizmodo.

El hecho de que los neandertales tenían la capacidad de crear fuegos no es una gran sorpresa. Estos homininis demostraron que poseían el pensamiento abstracto con sus pinturas rupestres. También crearon herramientas y fabricaron su propio pegamento, así que está claro que eran muy creativos y trabajadores. Además, pudieron vivir en Eurasia durante 360.000 años, un logro impresionante. Las ideas de que sobrevivieron durante tanto tiempo sin la habilidad de hacer fuegos o que su extinción se debe a que no teníancapacidades pirotécnicas parecen ser las que son improbables.

Quién habita las fosas de las Marianas, lo más parecido al infierno en el mar

Aunque no es el punto exterior más cercano al centro de la Tierra, la fosa de las Marianas es el lugar más parecido a las profundidades del infierno en el que hemos estado. ¿Qué puede habitar ahí abajo?

El punto más profundo registrado de esta sima está situado a más de 11.000 metros. Y el ser humano ha llegado casi hasta el final, ¡en tres ocasiones! Esto es lo que hemos aprendido de esta enorme y casi insondable fosa.

En las fauces del infierno

Más de mil atmósferas, apenas cuatro grados y una oscuridad total: si esto no se parece al averno más dantesco que podamos imaginar, nada lo hará. Y, aun así, hasta aquí encontramos vida. Al este de las islas Marianas, en Filipinas, se encuentra esta sima con forma de media luna.

Esta fosa ostenta el punto más profundo de la Tierra, aunque no el más cercano a su centro por la irregularidad de nuestro geoide. En concreto, con 11.034 metros bajo la superficie. Es tan hondo que, si pusiéramos el monte Everest en su interior, todavía le faltarían otros 2.000 metros para poder acercarse a la superficie.

Piccard y Walsh en su viaje hacia el absimo

En su lecho hemos estado, los seres humanos, hasta tres veces. La primera en 1960, cuando el famoso Aguste Piccard, junto a Don Walsh, un antiguo militar, alcanzaron los 10.911 metros a bordo de un batiscafo, en el "abismo Challenger". En 2012, el cineasta James Cameron consiguió descender, él solo, a los nada despreciables 10.908 metros, un poco por encima de la marca de Piccard.

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Tres nuevos 'peces babosos' nos recuerdan que no sabemos casi nada de lo que se esconde en el fondo del mar

No hace más que unos meses, el récord lo batía Victor Vescovo, alcanzando los 10.928 metros. Su impresión fue bastante contundente: "Fue muy decepcionante ver la contaminación humana obvia en el punto más profundo del océano", contaba para la prensa. Pero, además de la contaminación plástica, lo cierto es que el punto natural más profundo de la Tierra, un escenario yermo, casi helado, con un agua densa como en ningún sitio y una negrura absoluta, tiene más cosas que mostrar.

¿Qué o quién vive en lo más profundo del océano?

James Cameron describía su inmersión como un viaje a la más inmensa soledad. Pero no es cierto. Si bien pocos seres son capaces de sobrevivir a unas condiciones tan sumamente extremas, lo cierto es que los hay. En 2011 se descubrió que el fondo del abismo alojaba xenofióforos. Estos seres pueden parecer esponjas de mar u otros animales, a primera vista.

Pero, en realidad, son microorganismo organizados en "pseudoestructuras", es decir, formas con cierta organización que aparentan ser más complejas de lo que son. Estos seres están altamente especializados para vivir en condiciones imposibles. Son tremendamente delicados y no ha habido ni una sola recolección que no haya acabado con su vida. Por el momento, parece imposible estudiarlos "in vivo" de manera cómoda.

Mucho de lo que conocemos de estos organismos es por sus familiares. Xenophyophorea es una clase de protistas, organismos unicelulares entre las que se encuentran las amebas. Los xenofióforos están extendidos por todos los fondos hadales (por debajo de los 6.000 metros) que conocemos. En sí, esta clase de protistas son muy difíciles de manejar y continúan siendo un auténtico misterio en muchos aspectos.

Debido a su gran número, los biólogos marinos especulan que tienen un papel fundamental en el ciclo de sedimentos que se depositan en el fondo. Pero, además de los xenofióforos, ¿qué más hay? También se especula que deben existir otros microorganismos habitando el lecho, aunque es muy difícil obtener muestras de estos organismos, ya que no resisten a los cambios de condiciones tan bruscos. Pero subamos un poco.

A ocho kilómetros bajo el mar

En septiembre del año pasado, en la fosa de Perú-Chile, se encontraron las especies de peces más profundos halladas hasta la fecha. Estos animales tienen un tejido "gelatinoso" característico, poco consistente y que "se derrite" cuando la presión y la temperatura no son las de la fosa marina que habitan.

Aunque esto pertenece a otras fosas, lo cierto es que bien nos valdría para ilustrar algunas de las sorprendentes especies que pueden aparecer en lo profundo de las Marianas. No obstante, al contrario que en otras simas marinas, esta parece espectacularmente solitaria.

Tal y como contó Cameron, y confirmó Vescovo, al contrario que en otras inmersiones profundas, en la fosa de las marianas no se aprecian bioturbaciones. Estas consisten en modificaciones del terreno por parte de animales, como pudieran ser gusanos u holoturias. Sobre los 7.000 u 8.000 metros, en esta fosa, lo más grande son anfípodos, unos pequeños crustáceos parecidos a las gambas.

Probablemente, a estas profundidades lleguen algunas especies de cefalópodos, especialmente algunos calamares denominados gigantes, aunque no lo sabemos con seguridad, pues las condiciones aquí son extremas. Si seguimos subiendo, poco a poco, el desierto baldío se va habitando de diversos seres, a cual más extraño. Desde cnidarios (medusas e hidras) brillantes, a peces ciegos y dentudos, pasando por calamares lechón, crustáceos de patas alargadas y extravagantes pepinos de mar...

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El elenco existente entre la zona hadal y la abisal, entre los 4.000 y los 6.000 metros, se parece a las ideas más locas que tenemos sobre los extraterrestres. Algunos de los monstruos más terroríficos en nuestro acervo cultural provienen de aquí. Si seguimos subiendo, el mar cada vez se encuentra más poblado. A partir de los 700 metros, donde la luz comienza a llegar (aunque apenas se ve), la vida es rica, especialmente al acercarnos al talud continental, aunque esto no lo veremos en la fosa de las Marianas, claro.

Hemos estado más veces en la Luna que en el fondo del mar

En concreto, hemos estado ocho veces más. La superficie de la Luna ha sido pisada por una docena de humanos más de los que han podido, siquiera, acercarse al fondo de la fosa. ¿Por qué razón?Tanto el espacio exterior como la profundidad del mar son lugares completamente inhóspitos para los seres humanos. Existen peligros ominosos y directos, aunque cada uno de estos entornos tiene el suyo en particular, simplificándolo mucho.

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Queremos ir a la Luna, pero no dejamos de estrellarnos con ella: por qué es tan difícil alunizar 60 años después de la primera vez

En el caso del fondo de la fosa de las marianas, el peligro más destructivo es la presión. En el caso del espacio, podría ser la radiación. En ambos casos, existen multitud de factores que pueden resultar fatales. Pero, sigamos la comparación ¿por qué hemos llegado a la Luna más veces que al límite de la fosa de las Marianas (que no hemos alcanzado)?

Gracias a la magnetosfera de la Tierra, las misiones a la Luna se han podido completar con cierto éxito, evitando una cantidad de radiación que podría haber resultado letal para los astronautas. Pero las más de 1.000 atmósferas de presión a la que se someten los batiscafos al bajar es impepinable. Meter una "burbuja" con gente dentro, protegida de esta acción, pudiendo respirar y que no sufra ningún tipo de accidente... es más difícil.

Este es el DSV Limiting Factor, el batiscafo de Verscovo

Eso no quiere decir que no se pueda, como ya hemos demostrado, y como se comprobó con increíble éxito en la última expedición de Vescovo, a bordo del DSV limiting factor. Este vehículo está reforzado en aluminio, tiene su propio sonar y un complejo sistema de propulsión y descenso, además de cámaras e instrumentos de análisis. Pero su mayor logro es la increíble resistencia que muestra, capaz de soportar, al menos en el laboratorio, más de 12.000 atmósferas.

Pero, además del apartado técnico, existe otra respuesta a la cuestión. Si no hemos llegado más veces, probablemente, sea porque el fondo marino nunca ha sido tan atractivo como el espacio o la Luna. Jamás hemos vivido una "carrera" como la espacial. Tal vez porque no sabemos qué hay bajo el mar. Se estima que solo entre el 1% y el 2% ha sido explorado. Por suerte, un poco de ese porcentaje está en lo más profundo del mar.

Santiago Campillo

Imágenes | Wikimedia, Unsplash