El Supernova Cosmology Project

BERKELEY, CA. Diciembre 17, 1998

Observando distantes, antiguas estrellas en explosión, los físicos y astrónomos en el Lawrence Berkeley National Laboratory del Departamento de Energía de los Estados Unidos, y en otros sitios, han encontrado que el Universo se está expandiendo con una tasa acelerada - una observación que implica la existencia de una misteriosa propiedad auto-repelente del espacio propuesta por primera vez por Albert Einstein, que él llamó "Constante Cosmológica". Este extraordinario hallazgo ha sido nombrado "El Gran Adelanto del Año para 1998" por la revista Science.

Saul Perlmutter del Lawrence Berkeley National Lab
con una vista de la supernova 1987a en el fondo.

El Supernova Cosmology Project, basado en el Berkeley Lab y dirigido por Saul Perlmutter de la División de Física, comparte el honor con el High-Z Supernova Search Team dirigido por Brian Schmidt de los observatorios Mount Stromlo y Siding Spring en Australia. Ambos equipos son colaboraciones internacionales, con investigadores en Inglaterra, Francia, Alemania, y Suecia entre los miembros del Supernova Cosmology Project.

(La supernova 1987a está a la derecha-abajo en esta imagen de la nebulosa "Tarántula")

La Clave es un Tipo Especial de Supernova

El sorprendente descubrimiento de que la expansión del Universo está acelerando, y que por lo tanto es probable que siga expandiéndose para siempre, está basado en observaciones de supernovas del tipo Ia, muy brillantes "luces estándar" astronómicas que tienen todas la misma luminosidad intrínseca. De manera que sus brillos aparentes revelan sus distancias.

Comparando las distancias de estas estrellas en explosión con los corrimientos hacia el rojo de sus respectivas galaxias, los investigadores pueden calcular qué tan rápido se estaba expandiendo el Universo en diferentes momentos de su historia. Los buenos resultados dependen de la observación de muchas supernovas del tipo Ia, tanto cercanas como lejanas. Empleando los servicios de super-computadoras en el National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), situado en el Berkeley Lab, el Supernova Cosmology Project ha analizado completamente las primeras 42, de las más de 80 supernovas que ha descubierto, y más análisis están en progreso.

Las supernovas del tipo Ia son escasas - en una galaxia típica ocurren sólo dos o tres durante mil años - y para que sean útiles deben ser detectadas cuando están todavía aumentando en brillo. Antes de que el Supernova Cosmology Project empleara las técnicas de búsqueda que desarrolló durante los primeros cinco años de su existencia, encontrar supernovas era una proposición fortuita, lo que hacía difícil asegurar el tiempo de telescopio para observarlas.

"Era el problema del huevo y la gallina", dice Perlmutter. "Para obtener tiempo de telescopio, Ud. debe garantizar que va encontrar una supernova. Pero sin el tiempo en un telescopio importante, era imposible demostrar que estaban allí, y que podíamos encontrarlas". Entonces, al inicio de los 1990s, el grupo desarrolló una nueva estrategia que aseguraba el descubrimiento de numerosas supernovas "bajo pedido".

Atrapar una Estrella en Explosión - Cómo Hacerlo Bajo Pedido

Gerson Goldhaber, miembro del Supernova Cosmology Project explica como funciona la estrategia de "supernovas bajo pedido": "Justo después de una Luna Nueva", cuando el cielo está oscuro, tomamos imágenes de 50 a 100 zonas del cielo. Cada una contiene aproximadamente mil galaxias lejanas. Tres semanas después, nuevamente se hacen imágenes de las mismas zonas. Las supernovas ocurriendo en cualquier lugar de estos campos se muestran como brillantes puntos de luz - unas dos docenas, en promedio". En estas tres semanas típicamente las supernovas no han alcanzado aún sus momentos más brillantes.

Peter Nugent, miembro del proyecto, anota que "esto garantiza que tendremos supernovas para estudiar durante las mejores noches de observación, justo antes de la Luna Nueva". Él añade, "Las supernovas del tipo Ia son tan similares, que cercanas o lejanas, el momento en que comenzó una explosión puede determinarse con sólo mirar su espectro. Las supernovas del tipo Ia que estallaron cuando el Universo tenía la mitad de su edad se comportan igual que lo hacen actualmente.

Para 1994 el Supernova Cosmology Project había demostrado repetidamente que, con esta técnica de búsqueda, unas pocas noches en los mejores telescopios del mundo confiablemente resultaba en muchos descubrimientos de supernovas.

"Mientras que algunos de nosotros estamos muestreando galaxias lejanas desde el Observatorio Interamericano de Cerro Tololo (CTIO) en los Andes Chilenos, otros en Berkeley está bajando los datos a través del Internet, y analizándolos para encontrar supernovas", dice el miembro del proyecto Greg Aldering. "Entonces, con el poderoso telescopio Keck en Hawaii - diseñado por físicos e ingenieros en el Berkeley Lab - confirmamos espectros y medimos corrimientos hacia el rojo. Llamamos a la acción al Telescopio Espacial Hubble para estudiar las supernovas más distantes, que requieren mediciones más precisas que las que podemos obtener desde tierra.

Entre las supernovas descubiertas por el Supernova Cosmology Project están las más distantes, y por tanto las más antiguas, jamás vistas. En la edición de Enero 1, 1998 de la revista Nature, Perlmutter y sus colegas anunciaron que una supernova con un corrimiento hacia el rojo de 0,83, equivalente a una edad de siete mil millones de años, había sido encontrada usando los telescopios CTIO y Keck, y fué luego observada con el Telescopio Espacial Hubble de la NASA. En Octubre de 1998, el equipo utilizo el Telescopio Keck para descubrir una supernova aún más dramáticamente distante; Los detalles de este descubrimiento serán discutidos en las reuniones del American Astronomical Society, en Austin, Texas, al principio de Enero de 1999.

Aparición de la Constante Cosmológica de Einstein

A medida que los primeros descubrimientos de supernovas comenzaron a acumularse en 1994, miembros del Supernova Cosmology Project desarrollaron las técnicas analíticas clave que, interpretando las mediciones de supernovas, podían utilizarse para determinar la causa de la tasa de expansión del Universo. Para ese momento casi todos asumían que el Universo estaba decelerando, debido a la gravedad actuando sobre la materia del Universo. Las preguntas eran, Qué tan rápido está decelerando? Cuál es la densidad de masa del Universo? Suficiente como para revertir la expansión, y eventualmente terminar el Universo en una Gran Implosión?

También estaba la posibilidad, tan improbable como parecía, de que alguna propiedad intrínseca del espacio vacío estuviese en juego, algo llamado la "Constante Cosmológica" - un término originalmente propuesto por Einstein en 1917, en un intento por balancear las ecuaciones de la Relatividad General y preservar la imagen de un Universo estable, que no se expandiría, ni colapsaría sobre si mismo. Una docena de años después de que Einstein introdujera la constante cosmológica, Edwin Hubble encontró que el Universo estaba de hecho expandiéndose; Einstein desechó su idea de la constante cosmológica como "el error más grande de mi vida".

Pero las observaciones de lejanas supernovas Ia, las colocan significativamente más lejos de lo que podría esperarse por sus corrimientos hacia el rojo, sugiriendo que Einstein se retractó demasiado pronto. Algo está empujando todo más lejos y más rápidamente de lo que lo hacía en el Universo primitivo. La constante cosmológica es el mejor candidato.

Un Sorprendente Descubrimiento Confirmado

Así que en lugar de decelerar, como todos esperaban, la expansión del Universo está de hecho acelerando. A principios de Enero de 1998 el Supernova Cosmology Project presentó la primera evidencia contundente de que la expansión está acelerando, y de que esta aceleración es debida a la constante cosmológica, escrita como la letra Griega lambda, que podría representar tanto como un 70% del total de la densidad de masa-energía del Universo. Luego, el High-Z Supernova Search Team anunció que habían encontrado el mismo resultado en sus datos.

Dice Perlmutter, "Es importante tener dos equipos compitiendo; nos evita a todos el engañarnos sobre que estamos realmente viendo lo que realmente significa". El bromea sobre que, por ahora, los dos grupos en competencia "están en un notablemente violento acuerdo".

Excluyendo un cambio en el valor de lambda - cuyo valor exacto continúa siendo un misterio - el Universo se expandirá para siempre. Pero esa conclusión no se considera un hecho.

"Ahora estamos buscando más supernovas con altos corrimientos hacia el rojo, para obtener más información sobre el Universo primitivo", dice el miembro del equipo Robert Knop. "Pero también buscamos supernovas con bajo corrimiento hacia el rojo - supernovas cercanas - para asegurarnos de que las supernovas Ia, jóvenes y viejas, son esencialmente iguales, y que proporcionan luces estándar confiables. Queremos asegurarnos de que no estamos siendo engañados por polvo interestelar atenuando las supernovas, o que las explosiones estelares no eran por algún motivo más débiles en el pasado remoto. Hasta ahora no hemos encontrado nada para debilitar nuestra confianza, pero este es un descubrimiento tan inesperado que continuaremos buscando cualquier otra salida".

Utilizando los mejores telescopios del mundo, incluyendo el Telescopio Keck y el Telescopio Espacial Hubble, el Supernova Cosmology Project del Berkeley Lab continúa los estudios dirigidos a confirmar estos asombrosos resultados.

La versión original de esta página puede encontrarse en el Lawrence Berkeley National Laboratory (Supernova Cosmology Project) (en Inglés)

El Premio Nobel de Física 2011, "Por su descubrimiento de la expansión acelerada del Universo a través de las observaciones de supernovas distantes", con una mitad para Saul Perlmutter y la otra mitad conjuntamente para Brian P. Schmidt y Adam G. Riess.
Ver Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt, Adam G. Riess, Nobel Prize in Physics 2011 (Nobel Foundation).

Actualizada: Enero 16 '99, Octubre 4 '11

Optimizada para ser vista con MS Internet Explorer.

Regreso a: El Fondo Cósmico de Microondas (Investigaciones Recientes)