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Modelo de estado estacionario

En el Big Bang , el Universo en expansión hace que la materia se diluya con el tiempo, mientras que en la Teoría del Estado Estacionario, la creación continua de materia asegura que la densidad permanezca constante en el tiempo.

En cosmología , el modelo de estado estacionario o teoría del estado estacionario es una alternativa a la teoría del Big Bang . En el modelo de estado estacionario, la densidad de materia en el universo en expansión permanece sin cambios debido a una creación continua de materia, adhiriéndose así al principio cosmológico perfecto , principio que dice que el universo observable es siempre el mismo en cualquier momento y en cualquier momento. lugar.

Desde la década de 1940 hasta la de 1960, la comunidad astrofísica estuvo dividida entre partidarios de la teoría del Big Bang y partidarios de la teoría del estado estacionario. El modelo de estado estacionario es ahora rechazado por la mayoría de los cosmólogos , astrofísicos y astrónomos . [1] La evidencia observacional apunta a una cosmología del Big Bang caliente con una edad finita del universo , que el modelo de estado estacionario no predice. [2]

Historia

En el siglo XIII, Siger de Brabante fue autor de la tesis La eternidad del mundo , que sostenía que no hubo un primer hombre ni un primer espécimen de ningún particular: el universo físico, por lo tanto, no tiene ningún principio inicial y, por lo tanto, es eterno. Las opiniones de Siger fueron condenadas por el Papa en 1277 .

La expansión cosmológica fue vista originalmente a través de observaciones de Edwin Hubble . Los cálculos teóricos también demostraron que el universo estático , tal como lo modeló Albert Einstein (1917), era inestable. La teoría moderna del Big Bang, propuesta por primera vez por el padre Georges Lemaître , es aquella en la que el universo tiene una edad finita y ha evolucionado con el tiempo mediante enfriamiento, expansión y formación de estructuras mediante colapso gravitacional.

Por otro lado, el modelo de estado estacionario dice que mientras el universo se expande, no cambia su apariencia con el tiempo (el principio cosmológico perfecto ). Por ejemplo, el universo no tiene principio ni fin. Esto requirió que se creara materia continuamente para evitar que la densidad del universo disminuyera. Hermann Bondi , Thomas Gold y Fred Hoyle publicaron artículos influyentes sobre el tema de la cosmología del estado estacionario en 1948. [3] [4] William Duncan MacMillan , entre otros, había propuesto anteriormente modelos similares . [5]

Ahora se sabe que Albert Einstein consideró un modelo de estado estacionario del universo en expansión, como se indica en un manuscrito de 1931, muchos años antes que Hoyle, Bondi y Gold. Sin embargo, Einstein abandonó la idea. [6]

Pruebas de observación

Conteos de fuentes de radio.

Los problemas con el modelo de estado estacionario comenzaron a surgir en las décadas de 1950 y 1960: las observaciones respaldaban la idea de que el universo, de hecho, estaba cambiando. Las fuentes de radio brillantes ( cuásares y radiogalaxias ) solo se encontraron a grandes distancias (por lo tanto, debido a la influencia de la velocidad de la luz en la astronomía , solo pudieron existir en el pasado lejano ), no en galaxias más cercanas. Mientras que la teoría del Big Bang lo predijo, el modelo de estado estacionario predijo que tales objetos se encontrarían en todo el universo, incluso cerca de nuestra propia galaxia. En 1961, las pruebas estadísticas basadas en estudios de fuentes de radio [7] habían descartado el modelo de estado estacionario en la mente de la mayoría de los cosmólogos, aunque algunos defensores de los astrónomos como Halton Arp insisten en que los datos de radio eran sospechosos. [1] : 384 

fondo de rayos x

Gold y Hoyle (1959) [8] consideraron que la materia recién creada existe en una región que es más densa que la densidad promedio del universo. Luego, esta materia puede irradiar y enfriarse más rápido que las regiones circundantes, lo que resulta en un gradiente de presión. Este gradiente empujaría la materia a una región excesivamente densa y provocaría una inestabilidad térmica y emitiría una gran cantidad de plasma. Sin embargo, Gould y Burbidge (1963) [9] se dieron cuenta de que la radiación térmica bremsstrahlung emitida por dicho plasma excedería la cantidad de rayos X observados . Por lo tanto, en el modelo cosmológico de estado estacionario, la inestabilidad térmica no parece ser importante en la formación de masas del tamaño de galaxias. [10]

Fondo cósmico de microondas

Para la mayoría de los cosmólogos, la refutación del modelo de estado estacionario se produjo con el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo de microondas en 1964, que fue predicha por la teoría del Big Bang. El modelo de estado estacionario explicó la radiación de fondo de microondas como resultado de la luz de estrellas antiguas que ha sido dispersada por el polvo galáctico. Sin embargo, el nivel de fondo cósmico de microondas es muy uniforme en todas las direcciones, lo que dificulta explicar cómo podría ser generado por numerosas fuentes puntuales, y la radiación de fondo de microondas no muestra evidencia de características como la polarización que normalmente están asociadas con la dispersión. Además, su espectro es tan cercano al de un cuerpo negro ideal que difícilmente podría formarse mediante la superposición de contribuciones de una multitud de acumulaciones de polvo a diferentes temperaturas, así como con diferentes corrimientos al rojo . Steven Weinberg escribió en 1972: "El modelo de estado estacionario no parece concordar con la relación d L versus z observada o con los recuentos de fuentes ... En cierto sentido, este desacuerdo es un crédito para el modelo; es la única entre todas las cosmologías, la El modelo de estado estacionario hace predicciones tan definidas que pueden ser refutadas incluso con la limitada evidencia observacional de que disponemos. El modelo de estado estacionario es tan atractivo que muchos de sus seguidores aún mantienen la esperanza de que la evidencia en su contra eventualmente desaparecerá a medida que mejoren las observaciones. "Si la radiación cósmica de microondas... es realmente radiación de cuerpo negro, será difícil dudar de que el universo ha evolucionado a partir de una etapa inicial más caliente y densa". [11]

Desde este descubrimiento, se ha considerado que la teoría del Big Bang proporciona la mejor explicación del origen del universo. En la mayoría de las publicaciones astrofísicas , el Big Bang se acepta implícitamente y se utiliza como base para teorías más completas. [12] :  388

Violaciones del principio cosmológico.

Uno de los supuestos fundamentales del modelo de estado estacionario es el principio cosmológico , que se deriva del principio cosmológico perfecto y que establece que nuestra ubicación de observación en el universo no es inusual ni especial; a una escala suficientemente grande, el universo se ve igual en todas las direcciones ( isotropía ) y desde cualquier lugar ( homogeneidad ). [13] Sin embargo, hallazgos recientes sugieren que existen violaciones del principio cosmológico, especialmente de la isotropía, y algunos autores sugieren que el principio cosmológico ahora está obsoleto. [14] [15] [16] [17]

Violaciones de isotropía

La evidencia de cúmulos de galaxias , [18] [19] cuásares , [20] y supernovas de tipo Ia [21] sugiere que la isotropía se viola a gran escala.

Los datos de la Misión Planck muestran un sesgo hemisférico en el fondo cósmico de microondas (CMB) en dos aspectos: uno con respecto a la temperatura promedio (es decir, fluctuaciones de temperatura), el segundo con respecto a variaciones mayores en el grado de perturbaciones (es decir, densidades). La Agencia Espacial Europea (el organismo rector de la Misión Planck) ha llegado a la conclusión de que estas anisotropías en el CMB son, de hecho, estadísticamente significativas y ya no pueden ignorarse. [22]

Ya en 1967, Dennis Sciama predijo que el CMB tiene una anisotropía dipolar significativa. [23] [24] En los últimos años se ha probado el dipolo del CMB y los resultados actuales sugieren que nuestro movimiento con respecto a las radiogalaxias distantes [25] y los cuásares [26] difiere de nuestro movimiento con respecto al CMB. A la misma conclusión se ha llegado en estudios recientes del diagrama de Hubble de supernovas de tipo Ia [27] y cuásares . [28] Esto contradice el principio cosmológico.

El dipolo CMB se insinúa a través de otras observaciones. En primer lugar, incluso dentro del CMB existen curiosas alineaciones direccionales [29] y una asimetría de paridad anómala [30] que pueden tener un origen en el dipolo del CMB. [31] Por separado, la dirección del dipolo CMB ha surgido como una dirección preferida en estudios de alineamientos en polarizaciones de cuásares, [32] relaciones de escala en cúmulos de galaxias, [33] [34] fuerte retardo de tiempo de lente, [15] supernovas de tipo Ia, [35] y cuásares y explosiones de rayos gamma como velas estándar . [36] El hecho de que todos estos observables independientes, basados ​​en física diferente, estén siguiendo la dirección del dipolo CMB sugiere que el Universo es anisotrópico en la dirección del dipolo CMB. [ cita necesaria ]

Sin embargo, algunos autores han afirmado que el universo alrededor de la Tierra es isotrópico de gran importancia mediante estudios de los mapas cósmicos de temperatura de fondo de microondas. [37]

Violaciones de la homogeneidad

Se han descubierto muchas estructuras a gran escala, y algunos autores han informado que algunas de ellas están en conflicto con la condición de homogeneidad requerida para el principio cosmológico, incluyendo

Otros autores afirman que la existencia de estructuras a gran escala no viola necesariamente el principio cosmológico. [41] [14]

Estado casi estacionario

La cosmología del estado cuasi estacionario (QSS) fue propuesta en 1993 por Fred Hoyle, Geoffrey Burbidge y Jayant V. Narlikar como una nueva encarnación de las ideas del estado estacionario destinadas a explicar características adicionales no explicadas en la propuesta inicial. El modelo sugiere focos de creación que ocurren a lo largo del tiempo dentro del universo, a veces denominados minibangs, eventos de minicreación o pequeños bangs . [42] Después de la observación de un universo en aceleración , se realizaron más modificaciones del modelo. [43] La partícula de Planck es un hipotético agujero negro cuyo radio de Schwarzschild es aproximadamente el mismo que su longitud de onda de Compton ; Se ha evocado la evaporación de tal partícula como fuente de elementos ligeros en un universo en estado estacionario en expansión. [44]

El astrofísico y cosmólogo Ned Wright ha señalado fallos en el modelo. [45] Estos primeros comentarios pronto fueron refutados por los proponentes. [46] Wright y otros cosmólogos convencionales que revisan QSS han señalado nuevos defectos y discrepancias con observaciones que los proponentes dejaron sin explicar. [47]

Ver también

Referencias

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Otras lecturas