Why is Cosmology so amazing?

Cosmology is basically the study of the physical origins of the whole Universe, its evolution, future and fate so it basically has to do with some of the amazing big questions that all of us dare to ask but few of us dare to actually try to understand in a serious way.

As a cosmologist in formation, I want to tell you why Cosmology is incredibly amazing and why we should be encouraged to keep seeking answers for those primordial questions that we have when we were kids such as "Where does everything come from?", "What is the Universe?".  In my personal experience, I must say that being a kid who was passionate for physics and space made me very enthusiastic about those questions. When I did my undergraduate education in Astronomy (for five years) those questions became even more interesting and complicated "What is the fate of the Universe if it is expanding?", "Will it expand forever?", "What exactly is the Big Bang?", "What the hell is dark energy?", "What do people even mean by dark matter?", "Does the Universe come from the other side of a black whole that swallowed another Universe?", etc.

Now that I am an astronomer and I have the opportunity to study Cosmology at a first world graduate level, I feel like those questions have become part of my life (not only because I have to do homework assignments, research and exams about them) but because I find them more beautiful and amazing every time I think about them.

To be quite honest, I didn't have a strong background in Cosmology before coming to the Netherlands for my master education, so I pretty much made the decision of studying this specialization for curiosity even though I didn't know nor understand much about it. But today as I write this post, I feel like I have made the right decision because I have always wanted to be part of something great and I think the advances in Cosmology are huge for science and humanity in general. Maybe it is the way to go if I want to accomplish my dream of working with top level scientists around the world in very cool things like understanding what the Universe actually is.

Let me try to quickly convince you about how cool and interesting Cosmology is in the context of our current most accepted model, and why I find a sublime motivation in studying this hard branch of physics and astrophysics. Let's state the basics (with no mathematical or physical details):

The very first step to do Cosmology is trying to understand the first stages or the Universe, so we need to start from the basic and natural question which is "How can we learn about the past of the Universe?". As a very basic and non-precise way to answer this question, we note that because all the astronomical objects we observe are going away from us, we assume that the Universe is expanding, so it must have been smaller in the past; the further we go back in time, the smaller the whole Universe was and at some point in time it must have been infinitely small. That simple view of the evolution of the universe is what we know as Big Bang.

The further we can physically see (with our current technology) in the past is the afterglow of the Big Bang (when the photons were able to decouple from the particles so that they could leave this very dense plasma) that we see as a microwave radiation that we call cosmic microwave background (CMB). This is our most precious relic in cosmology, because it allows us to test our theoretical models of expansion,measure the flatness of the Universe, it sets constraints on our basic assumptions about the first observable emission of photons, etc.

The Cosmic microwave background as mapped by Planck (with corrections and modifications).

After the decoupling of photons and the expansion of the universe started it is obvious that some structure started forming in the form of galaxy clusters and large scale structure that we observe today, but how did that happen?. The accretion was not simply a gravitational pull caused by ordinary atoms in over dense regions, the story starts to become more complicated because we need to introduce a different form of matter responsible for the formation of structure.

Observations from rotational curves of galaxies show that they rotate faster in their outer parts as it was expected, the clustering of galaxies, gravitational lensing and other observational effects made scientists came up with the idea of the existence of some strange type of matter that doesn't interact electromagnetically so you can only trace its existence by its gravitational effects, they didn't know what it was so they called it Dark Matter (things are getting really strange). This form of matter would be the one that would create the gravitational potential wells that would make ordinary matter (matter that emits light) come together and form galaxies.

We don't know what dark matter is, but we think that it must be

 there given its gravitational effects.

Now, our observations show that the Universe expands, but not only that, it expands at an accelerated rate (See a previous post about the accelerated expansion of the Universe: http://bit.ly/2gjdYee) so there had to be an explanation for this to happen. This is when Dark Energy came to the game, but it was not only a small parameter to include in Friedmann equations, it became the dominant component of the Universe, being about 70% of the composition of the Universe (things are getting even worse).

So what is the panorama in Cosmology right now?. Well, in a very simplistic way, we have a theory that says that the Universe started in a "Big Bang", then it continued expanding and dark matter was the responsible for creating the large scale structures we see today, and its expansion has been accelerated for a non-understood dominant component of the Universe that we call Dark Energy. This model is called the Lambda-CDM model.

No matter how beautiful you think this model is, you cannot hide the fact that it has great problems that we need to solve, just to name a few (again with no details) we have:

The flatness problem: The Universe seems to be very flat in our CMB observations but a flat Universe is a very unstable Universe that could not have lasted for so long and it would have had to be extremely flat in a precise way that we don't think should be the reality.

Small variations on the flatness of the Universe in the early Universe would result in very

 different fates for the Universe.

The horizon problem: Some parts of the universe could not have been in casual contact in the past so that they were not able to interact thus becoming homogeneous, but the observed CMB is very homogeneous which suggests that there has to be some mechanism like "Inflation" (a short period of time in which the Universe had an exponential acceleration) to make this problem have a congruent solution.

Dark matter and dark energy: About 95% of our Universe seems to be made of something whose nature we absolutely ignore.

Components of the Universe in the Lambda-CDM model.

The singularity associated with the Big Bang: Although many cosmologists would say that it is not a problem with the Lambda-CDM model because the model doesn't go that far, it is still a huge problem in all of our current theories of the beginning of the expansion.

So the conclusion is, we don't know much about the Universe!, we are really ignorant in this time of history and there are a lot of questions to be solved, but this is not necessarily a bad thing, because it means that there is a lot of work to do and maybe a huge advance could be nearly at hand, also there is more work for us cosmologists and we can try to really solve the questions that we had as kids and that now have become even more wonderful.

Regarding this idea that a huge advance in cosmology could be at hand, I must mention that a few days ago, an interesting paper by Erik Verlinde, a renown theoretical physicist from the Netherlands was published. In his studies, he attempts to show that the behaviour of astronomical objects related to the existence of dark matter and dark energy could be explained with a different approach in which the properties of the vacuum entropy and the entanglement in quantum scales made space time behave the way it does in those large scales, although his theory has still many flaws, this is just a great example of how interesting this topic really is and how diverse the ideas can be postulated to solve the puzzle.

One of the most encouraging things that I have had lately was a talk by a world wide expert in the field who made me love Cosmology even more. It was Mark Trodden from the University of Pennsylvania who gave us a talk about the work that is currently been developed in the context of these great problems in Cosmology, mostly regarding the use of scalar fields that make space time behave the way it does, it was simply amazing the way he showed to us the work of many great scientists all around the world.

A huge top level bunch of scientists are currently doing their best to help humanity understand this universe where we live. This is why I think it is so important to keep myself motivated with Cosmology because although every day I realise that it is really hard and challenging, I also realise that it is incredibly interesting and that the dream that I have always had about being part of something great can be fulfilled in this beautiful field of science. Maybe I won't be able to help at all in the creation of a nice theory, but that doesn't mean I shouldn't try to do it. In fact, I can have a great time understanding a little bit about the origin and fate of our Universe, that can be a beautiful motivation for a lifetime.

To all my cosmology friends, professors, and future scientists, I hope you keep on working on these questions because we are a small community and humanity is counting on us to make the difference and get every time closer to understand our position in the Universe as thinking beings.

The beauty of understanding the Universe.

As many of the ideas, concepts and theories were mentioned without any detail, feel free to contact me for more information.

Hechos e ideas que todos deben saber de Astronomía

En esta entrada quiero explicar de manera sencilla los que para mí, son algunos de los conocimientos básicos sobre astronomía y sobre el Universo que toda persona debería tener, incluso si no está involucrado de manera alguna con la ciencia. Hay muchos más, pero para mí estos son los más interesantes.

Siempre vemos el pasado

Resulta que la visión consiste en la interpretación de los rayos de luz que llegan a nuestros ojos, y ya que la luz viaja a una velocidad finita (300,000 km/s) lo que vemos realmente cuando construimos una imagen en nuestro cerebro es la luz que salió del objeto en un instante de tiempo dado y que viajó a esa velocidad para llegar a nosotros, es decir que estamos viendo el objeto en el pasado. Absolutamente todo lo que usted ve en su diario vivir es el pasado, siempre está viendo el pasado de los objetos y personas aunque para las situaciones cotidianas esas distancias son tan cortas que ese efecto no se nota. Esto aplica para todos los objetos pero en astronomía esto es mucho más notorio ya que las distancias son muy grandes.

Para poner como ejemplo, cuando vemos al Sol lo estamos viendo como era ocho minutos antes, y al sistema estelar más cercano a la tierra (alpha centauri) lo vemos como era hace 4.5 años. Las implicaciones de este efecto son maravillosas, ya que entre más lejos mire en el cielo, más lejos en el pasado está mirando. Algunos de nuestros telescopios más poderosos pueden ver galaxias a distancias de miles de millones de años en el pasado. Simplemente maravilloso.

Así que recuerde, siempre que mire algo, está viendo su pasado, en sentido literal.

El origen de los elementos químicos

¿Se ha preguntado alguna vez de dónde vienen los elementos químicos, tanto los livianos como los pesados? Pues bien, la producción de algunos elementos se da principalmente por procesos de fusión nuclear en el interior de las estrellas, como en nuestro sol, pero esta producción tiene un límite ya que entre más pesados son los elementos, más energía se necesita para fusionarlos y crear elementos aún más pesados. En las estrellas el elemento más pesado que se crea por medio de este proceso es el Hierro, que es un elemento muy estable. Pero entonces, ¿De dónde vienen los más pesados que el hierro que tenemos en la Tierra?

La respuesta a esta pregunta me parece increíblemente bella ya que involucra a uno los eventos más violentos y espectaculares del universo y son las explosiones de supernova. Resulta que cuando la "vida útil" de algunas estrellas (cuando fusiona elementos livianos) llega a su fin, el equilibrio entre la atracción gravitacional y la repulsión causada por la energía cinética de las partículas en la estrella se acaba y la gravedad empieza a dominar, haciendo que la estrella colapse sobre sí misma y que toda esa energía almacenada en ese colapso se libere rápidamente en una gran explosión que se conoce como Supernova, las altas temperaturas y energías presentes en este catastrófico evento son el escenario ideal para que los isotopos inestables creados en los procesos de fusión atrapen a la gran cantidad de neutrones libres que hay en las capas externas de la estrella en procesos como el -r (de captura rápida) convirtiéndose así en elementos más pesados que el hierro (transférricos).

No solo se producen allí estos elementos pesados, sino que además, dada la naturaleza violenta de la explosión, estos elementos se esparcen en el medio interestelar enriqueciendo el espacio alrededor y de esta manera sistemas estelares como el nuestro terminan enriquecidos con la presencia de este tipo de elementos que componen todo nuestro alrededor y de los que nosotros mismos estamos hechos.

Nuestra composición química es el resultado de grandes explosiones catastróficas en el Universo, del caos viene la vida.

Espacio tiempo

Seguramente ha escuchado sobre la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, pero es muy probable que no sepa de qué se trate o que quizás es algo muy difícil de entender, pero en mi opinión no es muy difícil entender la implicación fundamental de esta gran teoría tan importante en la historia de la física. La forma en que concebíamos la gravedad antes de esta teoría era que era una fuerza de atracción que tenía ciertas características y formas funcionales enunciadas por Isaac Newton, sin embargo Albert Einstein logró encontrar una manera alternativa de entenderla mucho más poderosa con implicaciones importantes en cuanto a la naturaleza misma del Universo.

Einstein demostró de manera efectiva que el espacio y el tiempo están más que relacionados, no se pueden tratar por aparte ya que están íntimamente ligados, y que esta "combinación" es la forma correcta de entender el espacio que nos rodea, es decir, estamos metidos en una "geometría" en las que el espacio y el tiempo son las dimensiones primordiales. Einstein mostró, partiendo de que la velocidad de la luz es finita, que el comportamiento real de conceptos como velocidad y la duración de los eventos dependen de la geometría de ese espacio-tiempo en el que suceden los eventos y que esa geometría es modificada en la presencia de objetos masivos.

Entonces, la gravedad para Einstein no es una fuerza como dijo Newton, sino que es un efecto geométrico de la distorsión del espacio-tiempo,  y que entre más masivo es un cuerpo, más fuerte es la distorsión del espacio tiempo que lo rodea, haciendo que esos efectos "gravitatorios" sean más notorios. Por eso en Astronomía estos efectos son tan importantes y ampliamente estudiados, ya que los objetos con los que tratamos son muy masivos y suceden cosas tan maravillosas como los Agujeros Negros en los que la distorsión del espacio tiempo es tan grande que ni siquiera la luz puede escapar de allí, pero bueno, ese es un tema para una futura entrada.

Conclusión: La gravedad no es una fuerza, es el efecto causado por la distorsión del espacio-tiempo en las vecindades de un objeto con masa.

La composición del Universo

Por último quiero hablar de uno de los resultados observacionales más impresionantes de la Astronomía y es la composición de nuestro Universo ya que nos muestra lo mucho que nos falta por entender de la naturaleza del todo. Resulta que nuestras muchas observaciones y modelos teóricos nos han mostrado que el Universo está compuesto en solo un 4.5% de materia visible (o materia que emite luz) como las galaxias, polvo, estrellas. El resto del Universo está en forma de Energía Oscura (73%) y Materia Oscura (22.5%).

Antes que nada, debo aclarar que nadie sabe a ciencia cierta qué es la energía oscura o qué es la materia oscura, existen muchos modelos que tratan de explicar la naturaleza de estas formas de energía y materia pero hasta el momento es muy poco lo que sabemos, solo sabemos que son las componentes dominantes de nuestro universo. Si bien esto puede sonar como un panorama desolador para la ciencia (ya que no entendemos casi nada de nuestro universo), también puede ser visto como una motivación extra para tratar de entender el lugar en el que vivimos.

Reseña del artículo "Campos Magnéticos Galácticos y el origen de la Radiación Cósmica" por Enrico Fermi

Acá hago una breve reseña de uno de los artículos más importantes en la historia de la física de altas energías en el contexto de la astrofísica, artículo que trata del origen de la radiación cósmica que llega constantemente a la tierra desde el espacio exterior y que es más comúnmente conocida como "Rayos Cósmicos". Fue escrito por Enrico Fermi en el año 1954 y aún es citado y mencionado en trabajos recientes por la importancia de sus aportes y su relevancia en la física y la astronomía.

La idea principal de Fermi es la de hacer una propuesta bastante eficaz sobre los mecanismos con los cuales se da la aceleración de los rayos cósmicos que llegan a la tierra de forma casi simétrica a la superficie, y el origen de los mismos. Apoyado sobre estudios y cálculos que había publicado antes en el artículo: “On the Origin of Cosmic Radiation (1949)” [1] Fermi hace un análisis más teórico que cuantitativo sobre las falencias y modificaciones que debe hacerle al citado artículo publicado 5 años antes.

El estudio de la radiación cósmica empieza en el año 1912 cuando Victor Hess descubrió que continuamente llegan a la tierra rayos cósmicos energéticos, al volar a una gran altura en un globo aerostático. Al principio se creyó que dichos rayos no eran más que rayos gamma con carga neutra. Sin embargo, en la década de los años 30 se vieron algunas evidencias que convencieron a los físicos de que la mayoría de rayos que entraban a la tierra deberían estar compuestos por partículas cargadas positivamente.

Para explicar las altas energías con las que llegaban estas partículas se propusieron algunos mecanismos de aceleración en los años 30 como el de William Francis Swann quien anticipó los aceleradores de partículas al afirmar que éstas se pueden acelerar hasta alcanzar altas velocidades con el uso de campos magnéticos y los de Walter Baade y Frits Zwicky quienes dijeron que los rayos cósmicos eran acelerados en explosiones de supernova.

El interés de la comunidad científica en este tema aumentó considerablemente cuando en 1948 se dio la identificación directa de los rayos cósmicos primarios por primera vez en la historia. Se vió entonces que los rayos cósmicos no estaban compuestos únicamente por protones sino que también por núcleos cósmicamente abundantes. Se abrió aún más espacio para el estudio del tema. También era necesario explicar porqué los rayos cósmicos caen con la misma intensidad de casi todas las posibles direcciones, pues si las fuentes de dichos rayos son las supernovas, entonces se esperaría una mayor intensidad en la dirección de las mismas. 

En 1939 la interesante propuesta hecha por Hannes Alfvén de que el movimiento de los rayos cósmicos era afectado por campos magnéticos producidos por la materia interestelar ionizada revolucionó a la astrofísica del momento pues lograba solucionar varios de los problemas planteados. Fue entonces cuando se dieron las primeras conversaciones entre Alfvén y Fermi en la universidad de Chicago que llevaron a Fermi a exponer sus hipótesis sobre los mecanismos de aceleración en 1949, dejando sin embargo, algunas preguntas sin responder y algunas hipótesis sin demasiada justificación. En el artículo que se analiza, Fermi hace énfasis en los aspectos estadísticos de su mecanismo de aceleración teniendo en cuenta los espectros de energía, también explica porqué son importantes los rayos cósmicos y los campos magnéticos interestelares para mantener el equilibrio de la materia interestelar y además, agrega un importante punto que no se pudo explicar en su artículo del año 1949 y es el porqué los núcleos pesados son capaces de llegar a la tierra con energías tan altas.

Básicamente, el mecanismo de aceleración que Fermi expone tiene en cuenta los efectos del campo magnético interestelar que había propuesto Alfvén, pero además tiene en cuenta que de las posibles colisiones de las partículas de los rayos cósmicos con dichos campos, la más probable es la que acelera a las partículas mientras que el otro tipo de colisión (la que no acelera) es casi despreciable, además tiene en cuenta como los campos magnéticos pueden variar debido a la no uniforme distribución de la materia interestelar ionizada que los produce. Fermi expone que la evidencia reciente (de su época) indicaba campos magnéticos de una baja intensidad (gracias a la polarización de la luz estelar que llegaba a la tierra) pero suficientemente fuertes para efectivamente alterar la trayectoria y velocidad de las partículas que posiblemente provenían de supernovas o incluso de algunos tipos especiales de estrellas.

La aceleración se da así: debido a la existencia de turbulencias, las líneas de fuerza son empujadas irregularmente hasta que la tensión magnética aumenta al punto de forzar movimientos en el material interestelar dándole así un movimiento no muy suave pero que responde a un comportamiento oscilatorio. Una partícula que esté dando vueltas en espiral alrededor de estas líneas que se mueven es gradualmente acelerada. Se podría decir que la parte principal del mecanismo de Fermi para la aceleración de las partículas de los rayos cósmicos es precisamente el movimiento de las líneas de fuerza donde se encuentran los campos magnéticos inducidos por la materia difusa ionizada que se encuentra en constante movimiento.

Pero, como se dijo antes, la mayor diferencia de este artículo con el publicado en 1949 radica en que el análisis está basado en las energías de las partículas, lo que incluso, resuelve el problema de los núcleos pesados planteado por el mismo Fermi en su anterior artículo y además, muestra las probabilidades de colisión y escape de las partículas. El mecanismo de aceleración que se acaba de exponer implica según Fermi que la energía de las partículas aumenta a una rata que, para partículas relativistas es proporcional a su energía, lo que implica que la energía aumenta exponencialmente con el tiempo:

Donde E0 es la energía inicial de la partícula y A es un parámetro temporal. Es notable que el tiempo A estimado para que la energía aumente un factor "e" es de 100 millones de años, que a estas escalas es muy razonable. Ahora, el estudio de la energía asociada a las partículas permitió a Fermi darle fortaleza a su mecanismo anteriormente planteado pues pudo probar que las energías necesarias para que las partículas salgan de sus galaxias se pueden alcanzar con los modelos ya propuestos y que las ecuaciones que describen esa probabilidad entran en completa concordancia con el mecanismo de aceleración que había planteado en [1]. Pudo probar que el tiempo A sería comparable con el tiempo B para las colisiones nucleares que ocurrirían y que sin embargo, el número de partículas que escapan sería mayor que el de las que se pierden por colisiones nucleares. 

En este punto, Fermi logró también explicar la presencia de núcleos pesados en los rayos cósmicos así: las componentes protónicas y nucleares de la radiación cósmica tienen casi el mismo espectro de energía y uno esperaría que los núcleos pesados tengan una vida media menor, sin embargo, dice Fermi, esta dificultad se eliminaría si el proceso de eliminación fuese igualmente efectivo para ambos tipos de partículas, lo que efectivamente se puede ver con un estudio probabilístico. 

La teoría de Fermi implica que se debe asumir que el tiempo de escape por difusión afuera de la galaxia es un poco menor que el tiempo de colisiones nucleares, esto para que el proceso de escape de cuenta de la gran cantidad de radiación cósmica que continuamente llega a la tierra. Finalmente, Fermi dice que se les debe dar mucha importancia a la radiación cósmica y los campos magnéticos en relación a los estudios del equilibrio del gas interestelar. 

La trascendencia del artículo de Fermi está en que estos procesos por él planteados y estudiados han sido base para numerosos estudios en la astrofísica de altas energías, la física estadística y la física nuclear. Incluso un proceso importante en la aceleración de partículas cargadas principalmente por la influencia de espejos magnéticos se conoce como “Aceleración de Fermi".

Referencias

[1] Enrico Fermi. “Galactic Magentic fields and the origin of cosmic radiation" Astrophysical Journal 119, 1-6 [1954]

[2] Enrico Fermi. “On the origin of Cosmic Radiation" Physical Review 75. 1169 (1949)

Juan, ¿Por qué y para qué estudias Astronomía? ¿Qué hay de la plata?

Son preguntas muy comunes, me las han hecho desde que me presenté a la Universidad y seguramente me las seguirán haciendo durante toda mi vida. Nunca escribí al respecto y creo que es bueno hacerlo en este momento, pues estoy cerca a terminar mis estudios de Pregrado y  porque acabo de volver de mi primer congreso de Astronomía y Astrofísica.

Antes que nada, voy a hablar de la parte "romántica" del asunto, y para hacerlo voy a describir porqué encuentro fascinante y hermoso estudiar Astronomía a partir de las tres preguntas fundamentales sobre las cuales se basan las actividades de la NASA:

1. ¿Cómo llegamos hasta acá?

Supongo que todos nos hemos hecho esta pregunta alguna vez, y aunque muchos lo consideren irrelevante y digan que nunca lo sabremos realmente, a mí me parece que estudiar los orígenes del Universo desde la Cosmología y hacer un recorrido por los procesos que organizaron la materia de tal manera que pudiese manifestarse la vida no es una idea tan descabellada, fundamentalmente porque cada día nos acercamos más a responder el "¿cómo?" aunque ciertamente estamos lejos del "¿por qué?". Yo encuentro fascinante hacer uso de la ciencia para tratar de responder una pregunta tan fundamental, que involucra el impresionante camino que ha recorrido el Universo para permitirnos estar acá y que usted lea esto... 

2. ¿Estamos solos?

Esta pregunta es la que a mí personalmente más me emociona, entender las posibilidades de vida en otros planetas y la increíble gama de posibilidades que un universo como el que conocemos nos puede ofrecer me parece un asunto fundamental para la comprensión de nuestro lugar en el Universo. El descubrimiento de miles de Exoplanetas (planetas que orbitan otras estrellas diferentes al Sol)  y sus zonas de habitabilidad, nos ha llevado a estudiar nuevos mundos que podrían llevar en sus superficies a seres igual o más tontos que nosotros. A mí me parece que estudiar eso vale la pena y me resultaría gratificante hacer parte de la comunidad que estudia este tema porque si algún día encontramos vida, habré hecho parte del proceso así ya esté tres metros bajo tierra o hecho cenizas en algún lugar...

3. ¿Cómo funciona el Universo?

La bella y fascinante Astrofísica está llena de ecuaciones y modelos con los que buscamos entender el funcionamiento de la dinámica de las galaxias, los procesos radiativos, la luz, el espacio tiempo, en fin, nos ayuda a entender que es lo que está pasando allá afuera y cómo es que está sucediendo; nos ayuda a visualizar las interacciones fundamentales de la naturaleza responsables de los colapsos de estrellas, la producción de energía, las grandes explosiones y las hermosas formaciones galácticas que se forman a grandes distancias. Estudiar el cosmos y su funcionamiento me encanta porque cada día encuentro más fascinante lo que ocurre allá arriba y la manera como lo hace, me parece fascinante que para que usted y yo estemos acá, se deban dar procesos muy energéticos de reacciones nucleares en el interior del Sol que involucran interacciones a nivel atómico regidos por las leyes de la mecánica cuántica pero que a su vez tienen las restricciones que les da la interacción gravitatoria en un espacio tiempo curvado por la gran cantidad de masa que se acumula en un lugar remoto del espacio... en fin, todo proceso que ocurre en el Universo puede explicarse a su manera y yo prefiero la explicación más real del asunto, que se logra involucrando mucha física y matemáticas.

Pienso que cualquier ser humano puede apreciar las maravillas del Universo, y para eso no necesita ser experto en física y matemáticas, pero cuando se logra entender o por lo menos tener una idea de cuales son los procesos físicos y las interacciones fundamentales detrás de esas maravillas, se logra un placer exquisito en esta disciplina que si bien es exigente, es en mayor medida satisfactoria. Entonces, para resumir la parte "romántica", puedo decir que en estudiar Astronomía se encuentra una satisfacción un poco diferente que la que se encuentra en muchas otras disciplinas, (las personas que también están metidas en este rollo entenderán perfectamente de qué hablo).

Pero basta de romanticismo.

Ahora, vamos a la parte "realista" que es básicamente la parte económica. Primero, un Astrónomo desarrolla muchas habilidades a lo largo de su formación académica, como lo son computacionales, operativas, de pedagogía o investigación, por lo tanto no es correcto restringir el campo de acción de un Astrónomo a la enseñanza, observación o minería de datos. Ahora, los trabajos dentro de estas áreas de desempeño laboral existen y como en todo trabajo, existe la posibilidad de ganar bien o no, es claro que en la ciencia también juegan un papel importante las condiciones sociales del medio y lugar donde se haga, pero eso sucede en todo trabajo y en todo el mundo, sin embargo y con este tipo de restricciones, los trabajos están ahí y quien hace méritos para obtener un buen empleo con un buen salario eventualmente lo tendrá. Si la preocupación de muchos es que no lograrán una estabilidad económica con la Astronomía, es muy probable que la tengan porque no creen en que pueden conseguir los méritos necesarios para obtener esa estabilidad económica que idealizan. Si usted hace las cosas bien, no tiene porqué fracasar y menos en un proyecto de vida.

Es claro que en las investigaciones científicas también existe la "rosca", pero incluso es menor que en muchas otras áreas de trabajo porque acá es muy importante el mérito que se gana académicamente. Sé que los buenos astrónomos ganan bien en sus trabajos. Debo mencionar que obviamente el prestigio y la realización personal en los asuntos académicos también juegan un papel importante, cosas como el ego del científico y el reconocimiento de otros también cuentan como ayudas extras a la hora de meterse en este asunto.

Finalmente, para terminar, una imagen de exposición de la Vía Láctea, la galaxia donde vivimos, nuestro hogar, la misma extraña nube que vieron todos nuestros antepasados, si no la ha visto, le aconsejo que busque un lugar despejado y sin luz para que la contemple y vea que todas estas teorías físicas y matemáticas se han creado para explicar algo que sí está ahí, algo real, quizás más real que lo que nuestra imaginación logra comprender.

Accelerated Expansion of the Universe

The 90's were fundamental years for the study of the expansion of the Universe, many great Astronomers and Physicists around the world were working on the explanation of the evolution of the Universe since it has been one of the main questions of humanity since the very first stages of history. But there are many remarks to be made in this topic. First, the discovery of its acceleration is quite recent and it has changed many of the models of Cosmology; measuring light from very faint objects in space is really hard so the experimental evidence of this models was not possible in Einstein's times.

In 1929 Edwin Hubble measured the expansion of the Universe, one of the most important discoveries in the history of Astronomy and Physics because it made us see in more concrete terms what we could mean by the fate of the Universe. This discovery made scientists formulate many theories and models that would give a fair explanation to what was observed.

With the expansion of the Universe as an anchor, theory converged on a standard model of the Universe, which was still in place in 1998, the theory was basically a decelerating model of the Universe given by the gravitational attraction of the massive bodies that would eventually stop the expansion and make the Universe contract.

Einstein himself tried to explain the observed expansion of the Universe implying that there must be something that halts the quick gravitational contraction that one usually expects, he didn't like the idea of an expanding Universe. With the cosmological constant Einstein attempted to balance the gravitational attraction with the negative pressure associated with an energy density inherent to the vacuum. His studies were also backed up by some scientists who made the mathematical formulation of this last theory.

The nobel winners Saul Perlmutter, Adam Riess and Brian Schmidt (2011) were the ones that made the great discovery of the acceleration of this expansion, but how did they do it?

A really smart way to measure distances and red shifts from distant objects is by observing Supernovae, you can take the brightness of a supernova as an indicator of how far away it is. The fainter it is, the further away it is from us, and how red it gets tells you how much the Universe has stretched since the supernova exploded, because while the light is traveling to us, its wavelength stretches by the exact same proportion as the Universe stretches. So, this is a very direct way of plotting how much the Universe has stretched as a function of time. Also, the brightness of supernovae is so big that they can be observed even if they are really far from us, even around distances of 6 billion light years.

But only Type Ia is usefull for this manner because they all have the same brightness when they explode, and it was only in the mid-1980s that this subclass of Supernovae was identified, so we see that this studies could not have been in Einstein's time. The interesting result in these observations is that the most distant supernovae are fainter than everyone expected, and that could only be explained by an accelerating Universe.

In the late 90's, at the time when the discovery of the accelerating Universe was made, the standard model was based on the theory of general relativity, and two assumptions. Assumption one was that the Universe is homogenous and isotropic on large scales, and assumption two that it is composed of normal matter, i.e. matter whose density falls directly in proportion to the volume of space, which it occupies. But the discovery of these nobel winners made us re formulate our understanding of the composition of the Universe and its composition in the early times after the Big Bang.

Apparently we have a Universe that is dominated by some new ingredient, some previously unknown “Dark Energy” that makes the Universe expand faster and faster. Recent estimations say that in the composition of the Universe today is 70% dark energy, 25% is dark matter and only 5%is the baryonic matter that is what we are more concerned about.

The most accepted model suggests that early after the Big Bang, the acceleration of the universe was null, but when matter started diluting by the explasion, dark energy became dominant and expansion started accelerating. Recent observations are focused on faint objects that will give us more information about the rate at which the acceleration is correct and it has become one of the main problems of modern cosmologists because we don't know much about dark energy and it could take our understanding of the Universe to a whole new level.

Vida en otros planetas

Este tema es demasiado llamativo, nos despierta una curiosidad particular a grandes y chicos, tanto así que el tema ha sido la inspiración para innumerables obras de ficción e historias fantásticas, además de infinitas conspiraciones y mitos que casi todo el mundo se cree fácilmente.

Pero en esta entrada quiero ser realista y exponerle al lector algunos argumentos para que deje de creerce todo lo que le dicen, desde mi perspectiva y basado en mis pequeños conocimientos en Astronomía.

Empecemos por lo básico y es mencionar lo difícil que es el sostenimiento de la vida y lo difícil que es la evolución de la misma a un estado similar o superior al nuestro. Resulta que la supervivencia de los primeros indicios de vida (la chispa cuyo origen es desconocido) solo se puede dar en condiciones muy óptimas para su sostenimiento, como son: una distancia apropiada del planeta a su estrella anfitriona llamada "zona habitable", una adecuada magnetósfera producida por convecciones de material líquido ionizado al interior del planeta que proteja a la atmósfera del viento de su estrella y partículas cósmicas, presencia de agua líquida, efecto invernadero que suavice los súbitos cambios de temperatura, y probablemente que sea un planeta rocoso para la adecuada adaptación de los microorganismos sobre superficies estables.

Ahora, el proceso evolutivo por el cual los primeros microorganismos deben pasar para llegar a un estado de evolución conocido (el de Darwin) es un proceso muy lento y que difícilmente podemos explicar con la ciencia conocida, es decir, el paso de microorganismos a organismos más complejos como plantas y animales es un paso absurdamente complicado y lento por lo que es probable que si encontramos vida en otros planetas, probablemente sea en la forma de microorganismos pues la vida inteligente es una consecuencia muy extraña en el universo, siéntase afortunado de poder leer esto.

Ahora, ya vimos que es muy difícil encontrar vida inteligente o superior a la nuestra debido a todas estas complicaciones, pero aún así, es probable que la haya en algún lugar. No creo que el planeta Tierra sea el único que cumpla con todas estas condiciones, pues de los miles de millones de planetas que hay en nuestro universo visible deben haber muchos más que las cumplan, el problema en este punto radica en que las distancias Astronómicas (distancias entre cuerpos celestes) son tan grandes que es muy poco probable que tengamos la gran fortuna de comunicarnos con otras civilizaciones o viajar a otros planetas por lo menos en un futuro cercano.

De hecho, en este momento de la linea del tiempo estamos tan estancados por las increíbles distancias astronómicas que hablar de comunicarnos o conocernos con seres de otros planetas es prácticamente un absurdo. No es sensato hablar de eso por tantas limitaciones, sin embargo, podría ser posible y yo personalmente espero no morirme antes de que almenos recibamos una señal de algún lugar remoto.

Ahora, para tantas historias y testimonios de personas que dicen haber visto OVNIs, le recomiendo preguntarles si tienen algún argumento válido diferente a su propio testimonio (el cual no es un argumento válido a la hora de analizar la veracidad de un asunto tan importante) pues probablemente le dirán cosas como "yo lo ví y punto". Explíquele a esas personas lo difícil que es el sostenimiento de la vida, lo difícil que es la evolución de la misma, lo lento del proceso y lo lejos que están casi todos los cuerpos celestes, además de las probabilidades tan bajas de que un organismo vivo que venga de otro planeta sobreviva a nuestra atmósfera, a nuestras enfermedades y virus (por ejemplo un indígena que ha vivido siempre en la selva y viaja a la ciudad donde muere rápidamente por la gran cantidad de virus y bacterias a los cuales no está adaptado).

Entonces, cuando le hablen de OVNIs y extraterrestres, piénselo dos veces, no se crea todo lo que le dicen porque si no se ha dado cuenta, los temas interesantes como ese son los más rodeados de mentiras, engaños, superstición y pseudociencia.