Nobel de física. Supernoves i l’expansió de l’Univers.

Supernova&galaxia.jpg Doncs el premi Nobel de física d’aquest any tampoc l’ha guanyat en Sheldon Cooper, sinó els investigadors que amb l’estudi de supernoves llunyanes van descobrir que l’Univers s’està expandint cada vegada més de pressa. Semblaria que això ens agafa lluny, i realment no és una cosa amb aplicació casolana immediata, però va tenir el mèrit de fer-nos veure que la visió que teníem de l’Univers fins fa  quinze anys era errònia i molt limitada.

Un dels principals problemes que tenim en mirar les estrelles és calcular a quina distància es troben. Si dues estrelles ens semblen iguals pot ser perquè estan a la mateixa distància i brillen igual, o perquè una és més brillant però està més lluny. Això va ser un maldecap per calcular distàncies entre estrelles. No cal dir quan el que volíem mesurar era distància entre galàxies. Però el cas és que es van acabar per trobar maneres de fer-ho.

En el cas de les galàxies, el sistema es basava en un dels fenòmens més espectaculars de l’Univers. L’esclat d’una supernova. Una supernova és una estrella que augmenta sobtadament la seva lluminositat i que després d’il·luminar el cel durant un breu període de temps torna a apagar-se. Ara ja sabem que es tracta de l’explosió d’una estrella que allibera quasi tota l’energia que li queda en un gran espetec final. De fet, una supernova pot esdevenir, momentàniament, l’objecte més brillant de la galàxia.

De supernoves n’hi ha de tipus I i de tipus II. Però les més interessants eren les de tipus Ia, ja que podien servir justament per mesurar distàncies. La gràcia és que la velocitat a la que una supernova Ia es va apagant després de l’explosió és proporcional a la lluminositat que va arribar a tenir. Això vol dir que si mesurem quan triga a apagar-se podem saber com de brillant era. I si sabem com de brillant era i ho comparem amb com de brillant la veiem… podem calcular com de lluny està!

Això era particularment útil per mesurar la distància de galàxies llunyanes. D’aquestes galàxies ja sabíem que s’estan allunyant de la nostra. Fa quasi un segle, quan van mesurar el moviment de les galàxies van veure que totes s’allunyaven de nosaltres. Això indicava que l’Univers s’estava expandint i que, ho miris des d’on ho miris, veuràs que tot s’allunya de tu. De fet, això va ser el que va donar origen a la teoria del Big Bang. Si totes s’allunyen, vol dir que abans estaven més properes. I abans encara més. I al principi tot l’univers estava en un únic punt.

Per tant, sabíem que les galàxies s’allunyaven unes de les altres, però també teníem clar que la força de gravetat fa que tinguin tendència a agrupar-se. Durant molt temps es va considerar que el destí final de l’Univers depenia simplement de quanta matèria hi ha dins. La matèria és la que genera l’atracció gravitatòria, de manera que si n’hi hagués molta, la força de gravetat aniria frenant el moviment d’allunyament de les galàxies fins aturar-lo i invertir-lo. L’univers acabaria amb un gran col·lapse.

Però si no hi hagués prou matèria com per frenar l’expansió, les galàxies s’anirien allunyant cada vegada més lentament, però sense arribar a aturar-se mai del tot. L’univers acabaria escampat en un estat d’energia mínima quan s’apaguessin totes les estrelles.

La sorpresa va saltar l’any 1998 quan es va mesurar la distància de diferents galàxies fent servir el sistema de les supernoves Ia. Simplement les dades no tenien sentit ja que aparentment l’expansió no només no s’estava frenant, sinó que les galàxies s’allunyaven cada vegada més de pressa!

Igual que ha passat fa poc amb els neutrins superlumínics, el primer que van fer va ser calcular totes les possibles fonts d’error a les mesures. Però el cas és que dos equips diferents, amb mesures diferents van arribar a la mateixa conclusió. L’expansió de l’univers no es frena per la gravetat. Alguna cosa l’empeny cada vegada més fort.

Això va trencar amb tot el que imaginàvem i va fer evident que, a més de la gravetat, hi ha una altra força actuant a l’univers. Una energia que desconeixem, que ignorem d’on surt i que no hem pogut mesurar excepte pels seus efectes. Amb tant poques dades és normal que es bategés com ”energia fosca”.

Ara ja hem vist que la major part de l’Univers és fet de matèria fosca i d’energia fosca. La matèria normal (com les estrelles, els planetes i nosaltres mateixos) és una fracció molt petita del que hi ha a l’Univers. Les idees que teníem sobre el destí de l’Univers eren errònies i ara ens enfrontem a un Cosmos encara més complex, misteriós i fascinant del que pensàvem. No és estrany que això hagi merescut un premi Nobel!

13 comentaris

  • Daniel Closa

    08/10/2011 20:39

    Tot un honor que ho comparteixis amb els alumnes. Motles gràcies a tu per passar per aquí!

  • Joel Pascual

    07/10/2011 14:46

    M’ha agradat molt la teva explicació i la compartiré amb els meus alumnes. Emocionant tot plegat i, sobretot, el poder encara anar modificant el nostre coneixement… genial!

  • Daniel Closa

    06/10/2011 8:02

    Brian.- Les teories dels multiversos són genials per especular, però alg´`u ha fet notar que de nou, en ser impossibles de demostrar ja que no podem obtenir cap dada dels multiversos, queden fora del camp de la ciència. Només podrem arribar a dir que podrien existir, però no que realment existeixen. Tot i que moltes coses impossibles de demostrar han acabat per trobar la manera de fer.ho. Qui sap si amb els multiversos passarà el mateix algun dia.

    Joan. Amb els neutrins va sortir un article que indicva que si realment anessin a velocitat superlumínica anirien emetent energia i el rang de detecció obtingut seria diferent del que realment han trobat. Per tant, sembla que si que es tracta d’un error metodològic, tot i que encara no se sap quin. Fantàstic en tot cas el desplegament de hipòtesis i coneixement dedicat a resoldre un problema.

  • Joan Codina

    05/10/2011 20:48

    Jo apostava per en Hawking aquest any, ja li toca.. Pensava que trigarien uns anyets més a donar-lo a aquesta gent.

    I lo dels neutrins… Jo crec que realment no violen res ells (no es tracta del que un creu, ja ho sé) però altres observacions en supernoves els fan anar a una velocitat normaleta. El que sí que s’han de plantejar és si totes les interaccions es propaguen a la mateixa velocitat i si aquesta és, alhora, la velocitat màxima (no té massa sentit que gravetat i electromagnetisme vagin a la mateixa si no hi ha Déu que les unifiqui (a part de gent que hi veu en moltes dimensions)).

  • Brian

    05/10/2011 19:00

    Sí que és un final lleig, sí. Un motiu més per dubtar de la imaginació del “dissenyador intel·ligent” :) Però en fi, també tenim teories alternatives com la dels multiversos i les fluctuacions quàntiques que donarien origen a “big-bangs” eternament en altres tantes dimensions… Un mena de super-cosmos amb universos explotant i diluint-se, com uns grans foc artificials, no deixa de tindre la seva poesia.

  • Daniel Closa

    05/10/2011 18:10

    Home! Tot pot estar errat, però les dades que tenim indiquen que les galàxies s’allunyen le sunes de les altres. I aixó indica que s’expandeix.
    Pel que fa als límits de l’Univers. Aquñi cal especificar de que parlem. Des del big bang han passat 14.000 milions d’anys. Si res pot anar més de pressa que la llum (i de moment encara sembla que es així) tot allò que estyigui a més de 14.000 milions d’anys llum de distància és com si estigués fora del nostre univers ja que res del que hi hagi allà ens pot afectar perquè no ha tingut temps d’arribar. No és un limit en sentit estricte, però és el limit pràctic. El que s’anomena horitzó d’esdeveniments. I a la pràctica no tenim cap manera de saber res del que hi ha més enllà d’aquest límit, per tant queda fora de l’abast de la ciència i entra a formar part de la filosofia, l’especulació o la ciència ficció.
    I pel que fa a l’expansió. Doncs a curt i mitja termini no ens afecta per res. I a llarg (molt molt molt llarg) es el factor que decideix el final de l’Univers. Amb les galàxies tant separades unes de les altres i les estrelles apagades on no passa ja res perque tota l’energi estarà en equilibri. Un final que trobo lleig, peròque és el que suggereix l’expansio accelerada. De totes maneres, qualsevol dia pot sorgir una altra dada que ho canvii tot, és clar.

  • pedro calvo fernández

    05/10/2011 15:11

    crec que de moment el fet teoric de que l’univers s’està expandint pot ser o no veritat, però sino sabem els límits de l’univers, fins quan i com s’expandirà l’univers, i quins cambis a curt, mitja i llarg plaç això pot influenciar-nos? Doncs si això ja s’havia comentat, quina és la resposta, si us plau

  • pedro calvo fernández

    05/10/2011 15:09

    crec que de moment el fet teoric de que l’univers s’està expandint pot ser o no veritat, però sino sabem els límits de l’univers, fins quan i com s’expandirà l’univers, i quins cambis a curt, mitja i llarg plaç això pot influenciar-nos?

  • Daniel Closa

    05/10/2011 12:03

    En Sheldon ha de seguir insistint :-D
    Això de la professora d’EGB, és interessant perque mostra força bé com avança la ciència i com mai s’ha de donar per definitiva cap teoria. Que l’expansió de l’Univers s’anava frenant per causa de la gravetat no es discutia. Només es dubtava de la intensitat de la frenada. I mira per on, va resultar que ens faltava una peça de l’eqüació que ignoravem ni tant sols que existís.
    llàstima, perquè estèticament m’agradava la idea d’un univers que al final tornava a contraure’s i colapsar, per poder esclatar de nou en un nou Big Bang, i així fins a l’infinit. Una idea bonica, però equivocada.

  • OCA

    05/10/2011 10:32

    Pobre Sheldon. Ell ho va intentant capítol rere capítol, però pel que veiem encara ha de fer més mèrits. Però en tot cas ara se li obra una porta més per investigar, per si de cas la seva teoria de cordes no li funciona pel Nobel (haha).
    De fet recordo que la professora de ciències que teníem a EGB, tal i com expliques, ens deia que l’univers s’estava expandint, però que acabaria tornant a retrocedir fins a desaparèixer per complert. En fi, potser encara pot ser que passi, però pel que veig també pot ser que tant expandir-se, tant expandir-se ja no pugui tornar enrere. Realment tot lo que envolta l’Univers és fascinant.

  • Daniel Closa

    05/10/2011 9:27

    Carquinyol. Home, doncs el qui descobreixi que és exactament aquesta energia fosca… guanyarà un altre premi Nobel.

    Frederic. Al contrari. És una troballa extraordinària. El que no pots demanar que que en un sol cop ho descobreixin tot. Pensa que descobrir que realment tot el que veiem només és el 5% del que hi ha no és un descobriment menor.
    En realitat és tant important tenir coneixement del que sabem com tenir coneixement del que ignorem! I per descomptat, ningú es queda tant feliç amb aquesta informació. Aquesta informació obre tot un nou camp de recerca per explorar!

  • Frederic Pérez Gómez

    05/10/2011 9:17

    Perdona però sí que és estrany que això es mereixi un Premi Nobel. Diem que hi ha un 95% de matèria fosca que no tenim ni idea què és, ens quedem tant feliços amb aquesta informació i encara som capaços de llençar-nos floretes. Patètic això del Premi Nobel.

  • Carquinyol

    05/10/2011 8:09

    Realment és intrigant… què serà el que fa accelerar la dispersió i quines repercusions tindrà ?

    Tot i que si s’haguessin queda en allò de ‘totes les galàxies s’allunyen de nosaltres’ la cosa tindria més sentit… si éssent d’aquest planeta ja m’entrant unes ganes d’apretar a córrer (el que no sé és cap a on) veient el que li fem al planeta… imagina’t a un de fora !!!