Explican la acelerada expansión del universo sin necesidad de recurrir a la energía oscura

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Puede que la enigmática “energía oscura”, de la que se cree que está formado el 68% del universo, no exista en absoluto, según ha publicado un equipo húngaro-estadounidense. Los investigadores creen que los modelos estándar del universo no tienen en cuenta su estructura cambiante, y que una vez se tiene en cuenta, desaparece la necesidad de utilizar la energía oscura. El equipo ha publicado sus resultados en un artículo en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

(Imagen ampliable) Esta imagen muestra la expansión de universo, que incluye la energía oscura (en el panel superior izquierdo, en rojo), el nuevo modelo de Avera, que considera la estructura del universo y elimina la necesidad de incluir la energía oscura (panel superior central, en azul), y la cosmología de Einstein-de Sitter, que es el modelo original sin energía oscura (arriba a la derecha, en verde). El panel de abajo muestra el aumento del ‘factor escalar’ (una indicación del tamaño) como función del tiempo, donde 1 Gya son mil millones de años. El crecimiento de la estructura puede verse en los paneles superiores. Cada punto representa, más o menos, un cúmulo de galaxias. La unidad de escala es en Megaparsecs (MPC), donde un Mpc son unos 3 millones de billones de kilómetros. Fuente: István Csabai et al.

Nuestro universo se formó con el Big Bang, hace 13,8 millones de años, y se ha estado expandiendo desde entonces. La evidencia clave para esta expansión es la ley de Hubble, basada en observaciones de galaxias, que indica que, en promedio, la velocidad con la que una galaxia se aleja de nosotros es proporcional a su distancia.

Los astrónomos miden esta velocidad de recesión mirando las líneas en el espectro de una galaxia, que se desplazan más hacia el rojo cuanto más rápido se aleja la galaxia. A partir de la década de 1920, la cartografía de las velocidades de las galaxias llevó a los científicos a concluir que todo el universo se está expandiendo, y que su vida comenzó como un punto imperceptiblemente pequeño.

En la segunda mitad del siglo XX, los astrónomos hallaron evidencia de “materia oscura” invisible, tras observar que era necesario algo extra para explicar el movimiento de las estrellas dentro de las galaxias. [Puedes ver más acerca de esto, y de su relación con la gravedad, aquí.] Se cree que la materia oscura constituye el 27% del contenido del universo (en cambio, la materia “ordinaria” asciende a sólo el 5%). [Además, no hace mucho hablamos aquí sobre la posibilidad de que la materia oscura fueran, en realidad, agujeros negros.]

Las observaciones de explosiones de enanas blancas en sistemas binarios, las llamadas supernovas de tipo Ia, en los años noventa, llevaron a los científicos a la conclusión de que existía un tercer componente, la energía oscura, que constituía el 68% del cosmos y era responsable de provocar la aceleración en la expansión del universo. [Esta aceleración, además, es más rápida de lo que se creía, como vimos en esta historia.]

En el nuevo estudio, los investigadores, dirigidos por el estudiante de doctorado Gábor Rácz de la Universidad Eötvös Loránd de Hungría, cuestionan la existencia de la energía oscura y sugieren una explicación alternativa. Argumentan que los modelos convencionales de cosmología (el estudio del origen y la evolución del universo), se basan en aproximaciones que ignoran su estructura, y donde se supone que la materia tiene una densidad uniforme.

“Las ecuaciones de Einstein de la relatividad general que describen la expansión del universo son tan complejas matemáticamente, que durante cien años no se han encontrado soluciones que respondan con el efecto de las estructuras cósmicas: sabemos por observaciones de supernova muy precisas que el universo se está acelerando, pero al mismo tiempo nos estamos basando en aproximaciones imprecisas a las ecuaciones de Einstein que pueden introducir graves efectos secundarios, como la necesidad de energía oscura, en los modelos diseñados para ajustarse a los datos observacionales”, Explica el Dr. László Dobos, coautor del artículo, también de la Universidad Eötvös Loránd.

En la práctica, la materia normal y la oscura parecen llenar el universo con una estructura similar a una espuma, donde las galaxias se encuentran en las delgadas paredes entre burbujas y se agrupan en supercúmulos. El interior de las burbujas, en cambio, carece casi por completo de ambos tipos de materia.

Esta animación muestra la expansión de universo, que incluye la energía oscura (en el panel superior izquierdo, en rojo), el nuevo modelo de Avera, que considera la estructura del universo y elimina la necesidad de incluir la energía oscura (panel superior central, en azul), y la cosmología de Einstein-de Sitter, que es el modelo original sin energía oscura (arriba a la derecha, en verde). El panel de abajo muestra el aumento del ‘factor escalar’ (una indicación del tamaño) como función del tiempo. El crecimiento de la estructura puede verse en los paneles superiores. Cada punto representa, más o menos, un cúmulo de galaxias. La unidad de escala es en Megaparsecs (MPC), donde un Mpc son unos 3 millones de billones de kilómetros. Fuente: István Csabai et al.

Utilizando una simulación por ordenador para modelar el efecto de la gravedad sobre la distribución de millones de partículas de materia oscura, los científicos reconstruyeron la evolución del universo, incluyendo la aglomeración temprana de la materia y la formación de una estructura a gran escala.

A diferencia de las simulaciones convencionales de un universo en expansión uniforme, una vez se tuvo en cuenta su estructura el modelo resultante mostró cómo las diferentes regiones del cosmos se expandían a diferentes velocidades. Además, la tasa media de expansión fue consistente con las observaciones actuales, que sugieren una aceleración global.

El Dr. Dobos añade: “La teoría de la relatividad general es fundamental en la comprensión de la evolución del universo. No cuestionamos su validez, cuestionamos la validez de las soluciones aproximadas. Nuestros resultados se basan en una conjetura matemática que permite la expansión diferencial del espacio, consistentes con la relatividad general, y muestran cómo la formación de estructuras complejas de materia afecta a la expansión. Estos temas habían sido previamente escondidos bajo la alfombra, pero al tenerlos en cuenta se puede explicar la aceleración sin necesidad de energía oscura”.

La confirmación de este hallazgo podría tener un impacto significativo en los modelos del universo y la dirección de las investigaciones en física. Durante los últimos 20 años, los astrónomos y los físicos teóricos han especulado sobre la naturaleza de la energía oscura, pero sigue siendo un misterio sin resolver. Con el nuevo modelo, Csabai y sus colaboradores esperan por lo menos que se inicie un animado debate.

Artículo original publicado por el Royal Astronomical Society. Revisado y traducido por ¡QFC!

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2017-04-03T18:46:26+00:00