La aceleración de la expansión del universo, ¿sin energía oscura?

La enigmática “energía oscura“, hipótesis creada para representar el 68% del universo, puede no existir en absoluto, según un equipo húngaro-estadounidense. Los investigadores creen que los modelos estándar del universo no tienen en cuenta su estructura cambiante, pero que una vez que esto se hace, la necesidad de la energía oscura desaparece.

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A partir de una animación que muestra la expansión del universo en la cosmología estándar ‘Lambda Cold Dark Matter’, que incluye energía oscura (panel superior izquierdo, rojo), el nuevo modelo de Avera, que considera la estructura del universo y elimina la Necesidad de energía oscura (panel superior del medio, azul), y la cosmología de Einstein-de Sitter, el modelo original sin energía oscura (panel superior derecho, verde). El panel en la parte inferior muestra el incremento del ‘factor de escala’ (una indicación del tamaño) en función del tiempo, donde 1Gya es de 1 billón de años. El crecimiento de la estructura también se puede ver en los paneles superiores. Un punto representa aproximadamente un conjunto completo de galaxias. Las unidades de escala están en Megaparsecs (Mpc), donde 1 Mpc es de alrededor de 3 millones de millones de millones de km. Crédito: István Csabai et al.

 

Nuestro universo se formó hace unos 13.800 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 electromagnético 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 comenzó la vida como un pequeño punto de desaparición.

En la segunda mitad del siglo XX, los astrónomos encontraron evidencia de “materia oscura” al observar que era necesario algo extra para explicar el movimiento de las estrellas dentro de las galaxias. Se cree que la materia oscura constituye el 27% del contenido del universo (en contraste, la “materia ordinaria” que asciende a sólo el 5%).

Las observaciones de las explosiones de estrellas enanas blancas en sistemas binarios, las llamadas supernovas de tipo Ia, en los años noventa, llevaron a los científicos a la conclusión de que un tercer componente, la energía oscura, constituía el 68% del cosmos y era responsable de producir una aceleración en la expansión del universo.

En este nuevo trabajo, los investigadores, dirigidos por el estudiante de doctorado Gábor Rácz de la Universidad Eötvös Loránd de Hungría, cuestionan la existencia de 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 al efecto de las estructuras cósmicas: sabemos por observaciones de supernova muy precisas, que el universo se está acelerando, pero al mismo tiempo, nos basamos en aproximaciones aproximadas a las ecuaciones de Einstein, que pueden introducir efectos secundarios graves, 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 en 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 está en contraste casi vacío de ambos tipos de materia.

Utilizando una simulación por computadora 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 el aglomerado temprano de la materia y la formación de una estructura a gran escala.

A diferencia de las simulaciones convencionales con un universo en expansión lisa, teniendo en cuenta la estructura, se llevó a un modelo en el que diferentes regiones del cosmos se expanden a diferentes velocidades. Sin embargo, la tasa promedio de expansión es 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 forma en que el universo evoluciona. 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 la materia afecta a la expansión. Estos temas fueron previamente barridos bajo la alfombra, pero teniéndolos en cuenta, puede explicar la aceleración sin necesidad de energía oscura “.

Si este hallazgo es confirmado, podría tener un impacto significativo en los modelos del universo y la dirección de la investigación 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 iniciar un animado debate.

                                   

Esta breve animación que muestra la expansión del universo en la cosmología estándar ‘Lambda Cold Dark Matter’, que incluye energía oscura (el panel superior izquierdo rojo), el nuevo modelo Avera, que considera la estructura del universo y elimina la necesidad de oscuridad Energía (panel central superior, azul), y la cosmología de Einstein-de Sitter, el modelo original sin energía oscura (arriba a la derecha, verde). El panel en la parte inferior muestra el aumento del ‘factor de escala’ (una indicación del tamaño) en función del tiempo. El crecimiento de la estructura también se puede ver en los paneles superiores. Un punto representa aproximadamente un conjunto completo de galaxias. Las unidades de escala están en Megaparsecs (Mpc), donde 1 Mpc es de alrededor de 3 millones de millones de millones de km. Crédito: István Csabai et al.

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