El universo resultó estar mal

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

Los cosmólogos se enfrentan a un grave problema científico, que indica la imperfección del conocimiento humano sobre el Universo. La complejidad se refiere a algo tan aparentemente trivial como la tasa de expansión del Universo. El hecho es que los diferentes métodos indican diferentes significados, y hasta ahora nadie puede explicar la extraña discrepancia.

Misterio cósmico

Actualmente, el modelo cosmológico estándar "Lambda-CDM" (ΛCDM) describe con mayor precisión la evolución y estructura del universo. Según este modelo, el universo tiene una constante cosmológica positiva distinta de cero (término lambda) que provoca una expansión acelerada. Además, ΛCDM explica la estructura observada del CMB (fondo cósmico de microondas), la distribución de las galaxias en el Universo, la abundancia de hidrógeno y otros átomos de luz, y la tasa misma de expansión del vacío. Sin embargo, una seria discrepancia en la tasa de expansión puede indicar la necesidad de un cambio radical en el modelo.

La física teórica Vivian Poulin del Centro Nacional Francés de Investigación Científica y del Laboratorio del Universo y las Partículas de Montpellier sostiene que esto significa lo siguiente: algo importante ha sucedido en el joven universo que aún no conocemos. Quizás fue un fenómeno asociado con un tipo desconocido de energía oscura o un nuevo tipo de partículas subatómicas. Si el modelo lo tiene en cuenta, la discrepancia desaparecerá.

Al borde de una crisis

Una de las formas de determinar la tasa de expansión del Universo es estudiar el fondo de microondas: la radiación reliquia que surgió 380 mil años después del Big Bang. ΛCDM se puede utilizar para derivar la constante de Hubble midiendo grandes fluctuaciones en el CMB. Resultó ser igual a 67, 4 kilómetros por segundo por cada megaparsec, o alrededor de tres millones de años luz (a esa velocidad, los objetos divergen entre sí a una distancia apropiada). En este caso, el error es de solo 0,5 kilómetros por segundo por megaparsec.

Si obtenemos aproximadamente el mismo valor utilizando un método diferente, esto confirmará la validez del modelo cosmológico estándar. Los científicos midieron el brillo aparente de velas estándar, objetos cuya luminosidad siempre se conoce. Dichos objetos son, por ejemplo, supernovas de tipo Ia: enanas blancas que ya no pueden absorber materia de grandes estrellas compañeras y explotan. Por el brillo aparente de las velas estándar, puede determinar la distancia a ellas. En paralelo, puede medir el desplazamiento al rojo de las supernovas, es decir, el desplazamiento de las longitudes de onda de la luz hacia la región roja del espectro. Cuanto mayor sea el corrimiento al rojo, mayor será la velocidad a la que el objeto se retira del observador.

Así, es posible determinar la tasa de expansión del Universo, que en este caso resulta ser igual a 74 kilómetros por segundo por cada megaparsec. Esto no coincide con los valores obtenidos del ΛCDM. Sin embargo, es poco probable que un error de medición pueda explicar la discrepancia.

Según David Gross, del Instituto Kavli de Física Teórica de la Universidad de California, Santa Bárbara, en física de partículas, tal discrepancia no se llamaría un problema, sino una crisis. Sin embargo, varios científicos no estuvieron de acuerdo con esta evaluación. La situación se complicó con otro método, que también se basa en el estudio del Universo temprano, a saber, las oscilaciones acústicas bariónicas: oscilaciones en la densidad de la materia visible que llena el Universo temprano. Estas vibraciones son causadas por ondas acústicas de plasma y siempre son de dimensiones conocidas, lo que las hace parecer velas estándar. Combinados con otras medidas, dan la constante de Hubble consistente con ΛCDM.

Nuevo modelo

Existe la posibilidad de que los científicos cometieran un error al usar supernovas de Tipo Ia. Para determinar la distancia a un objeto distante, necesita construir una escalera de distancia.

El primer peldaño de esta escalera son las Cefeidas, estrellas variables con una relación precisa entre período y luminosidad. Las cefeidas se pueden utilizar para determinar la distancia a las supernovas de tipo Ia más cercanas. En uno de los estudios, en lugar de cefeidas, se utilizaron gigantes rojas, que en una determinada etapa de la vida alcanzan el brillo máximo; es el mismo para todas las gigantes rojas.

Como resultado, la constante de Hubble resultó ser de 69,8 kilómetros por segundo por megaparsec. No hay crisis, dice Wendy Freedman de la Universidad de Chicago, una de las autoras del artículo.

Pero esta afirmación también fue cuestionada. La colaboración H0LiCOW midió la constante de Hubble usando lentes gravitacionales, un efecto que ocurre cuando un cuerpo masivo dobla los rayos de un objeto distante detrás de él. Estos últimos podrían ser quásares, los núcleos de galaxias activas alimentadas por un agujero negro supermasivo. Debido a las lentes gravitacionales, pueden aparecer varias imágenes de un cuásar a la vez. Al medir el parpadeo de estas imágenes, los científicos han derivado una constante de Hubble actualizada de 73,3 kilómetros por segundo por megaparsec. Al mismo tiempo, los científicos hasta el último no conocían el posible resultado, lo que excluye la posibilidad de fraude.

El resultado de medir la constante de Hubble a partir de máseres naturales formados cuando el gas gira alrededor de un agujero negro resultó ser de 74 kilómetros por segundo por megaparsec. Otros métodos dieron 76,5 y 73,6 kilómetros por segundo por megaparsec. También surgen problemas al medir la distribución de la materia en el Universo, ya que las lentes gravitacionales dan un valor diferente en comparación con las mediciones del fondo de microondas.

Si resulta que la discrepancia no se debe a errores de medición, se requerirá una nueva teoría para explicar todos los datos actualmente disponibles. Una posible solución es cambiar la cantidad de energía oscura que provoca la expansión acelerada del universo. Aunque la mayoría de los científicos están a favor de prescindir de la actualización de la física, el problema sigue sin resolverse.