¿Cómo podemos usar estrellas de hipervelocidad para determinar los orígenes del Universo?

¿Cómo podemos usar estrellas de hipervelocidad para determinar los orígenes del Universo?

En primer lugar, debo aclarar algo: nuestro conocimiento del Big Bang es increíblemente limitado, por lo que ni siquiera conocemos los orígenes del Universo en la actualidad. La relatividad general y la mecánica cuántica se descomponen a medida que te acercas más y más a$t_0=0$. Todo lo que realmente sabemos es que algo sucedió hace 13.800 millones de años. Sin embargo, si observamos el universo en expansión, podemos extrapolar que, hace 13.800 millones de años, el espacio estaba mucho menos dilatado que ahora.

La relatividad general sugiere que el Universo estaría empaquetado en una singularidad. Este no es un buen enfoque, ya que GR no puede explicar adecuadamente tales condiciones (QM es más adecuado para hacerlo, pero eso por sí solo no puede explicar cómo actuó la gravedad), por lo que realmente no tenemos la menor idea de lo que sucedió. Hace 13.800 millones de años. Dicho esto, todavía sabemos cuándo ocurrió el Big Bang (sea lo que sea), y eso es lo que los futuros astrónomos podrán averiguar.

La idea que plantea el artículo es la siguiente: dentro de un billón de años, la expansión del espacio habrá alejado a cualquier otra galaxia de nuestra línea de visión, y la radiación CMB se habrá desplazado demasiado hacia el rojo para ser detectable.

Sin embargo, es probable que se detecten estrellas de hipervelocidad fuera de la Vía Láctea (o, mejor dicho, Milkomeda). Una vez que estas estrellas se alejan lo suficiente de la influencia gravitacional de Milkomeda, podemos observar su aceleración debido a la expansión del espacio, tal como lo hacemos con muchas galaxias en la actualidad. El documento de 4 páginas en el que se basa el artículo, Loeb (2011) , en realidad deja esto claro en un gráfico:

A medida que las estrellas se alejan cada vez más de Milkomeda, la atracción de la gravedad sobre las estrellas se debilitará y la expansión del espacio las acelerará. Esto realmente se notará una vez que estén a unos 2,3 megaparsecs de la galaxia. Por supuesto, estas estrellas no serán fáciles de encontrar, pero Loeb menciona que los futuros astrónomos probablemente habrán avanzado en sus herramientas e instrumentos para ese momento.

Loeb explica que, una vez que observamos sus desplazamientos al rojo a medida que aumentan sus distancias, podemos confirmar la ley de Hubble. Después de esto, solo necesitamos medir los parámetros necesarios, y finalmente podemos calcular la edad del Universo usando la ecuación de Friedmann:

$$t_0 = \frac{1}{H_0} F(\Omega_r,\Omega_m,\Omega_\Lambda,\dots)$$

Esa es la esencia de esto. Las estrellas de hipervelocidad serán los únicos objetos extragalácticos detectables para entonces y, por lo tanto, dependeremos de ellas para confirmar nuestras mediciones.

Curiosamente, Loeb menciona que observar y analizar la expansión del Universo en ese momento daría respuesta a algunas de las incertidumbres que tenemos hoy:

La suposición de trabajo hasta ahora era que la densidad de energía del vacío permanece constante y no decae a un estado de energía más bajo durante cientos de veces de plegado electrónico. Medir la dinámica de las estrellas de hipervelocidad en tiempos cósmicos tardíos brinda el beneficio adicional de probar si la constante cosmológica es verdaderamente [ sic ] constante. Las indicaciones de lo contrario podrían revelar una nueva física, como la considerada por los modelos de energía oscura en evolución.

Por lo tanto, aunque gran parte del Universo no será observable para ese momento, irónicamente tendremos más respuestas sobre cosmología que las que tenemos hoy, simplemente observando los pocos objetos extragalácticos que serán visibles.

Esta es la explicación general de cómo podemos encontrar el tiempo desde el Big Bang. Recuerde que incluso ahora, realmente no tenemos idea sobre los orígenes del Universo: es un problema importante sin resolver en física. Todo lo que sabemos es que algo sucedió hace 13.800 millones de años. Usando estrellas de hipervelocidad, los humanos del futuro también podrían determinar el tiempo transcurrido desde el Big Bang. Sin embargo, no te hagas ilusiones de que los humanos sobrevivan durante 1 billón de años.