💫 El universo desequilibrado: este experimento pone en tela de juicio toda la cosmología
Durante décadas, los investigadores han construido sus modelos sobre la hipótesis de que el Universo es isótropo y homogéneo a gran escala. Esta visión, integrada en el modelo estándar llamado Lambda-CDM, simplifica considerablemente los cálculos y guía nuestra comprensión de la evolución cósmica. Sin embargo, varias incoherencias observadas entre diferentes medidas comienzan a hacer tambalear esta imagen de un cosmos perfectamente regular.
Una ilustración que muestra galaxias curvando el tejido del espacio-tiempo en un universo en expansión.
Crédito: NASA/JPL-Caltech
Entre estas anomalías, el dipolo cósmico se distingue por su importancia. Se trata de una diferencia de temperatura en el fondo cósmico de microondas, la radiación residual del Big Bang, donde un lado del cielo aparece ligeramente más caliente que el opuesto. Esta diferencia, aunque pequeña, es significativa y había sido explicada en el marco del modelo estándar sin poner en duda sus fundamentos.
Para verificar la coherencia de esta asimetría, los astrónomos desarrollaron una prueba basada en la distribución de materia lejana, como las galaxias de radio y los cuásares. Esta prueba, conocida como Ellis-Baldwin, compara las diferencias del fondo cósmico de microondas con las observadas en la distribución de los objetos celestes. Si el Universo fuera realmente simétrico, estas dos medidas deberían corresponderse perfectamente.
Los resultados de esta prueba son sorprendentes: las diferencias de materia no corresponden a las del fondo cósmico de microondas. Esta discordancia ha sido confirmada por diferentes observaciones, utilizando tanto telescopios de radio terrestres como satélites en infrarrojo. Indica que la hipótesis de un Universo simétrico, sobre la que descansa el modelo Lambda-CDM, podría ser incorrecta.
Este descubrimiento abre el camino a una revisión profunda de la cosmología. Nuevos instrumentos, como el satélite Euclid o el observatorio Vera Rubin, proporcionarán pronto datos más precisos que podrían ayudar a elaborar un modelo cosmológico alternativo. Los avances en inteligencia artificial también podrían jugar un papel en esta búsqueda para describir mejor la estructura real de nuestro cosmos.
Esta imagen del telescopio espacial James Webb muestra una región profunda del cielo, permitiendo estudiar objetos lejanos para probar la simetría del Universo.
Crédito: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Östlin, P. G. Perez-Gonzalez, J. Melinder, the JADES Collaboration, the MIDIS collaboration, M. Zamani (ESA/Webb)
El modelo Lambda-CDM: piedra angular de la cosmología
El modelo Lambda-CDM es el marco principal utilizado por los científicos para describir la evolución y la composición del Universo. Combina dos elementos clave: una constante cosmológica, denotada Lambda, que representa la energía oscura responsable de la aceleración de la expansión, y la materia oscura fría, abreviada como CDM, que influye en la formación de grandes estructuras como las galaxias. Este modelo se basa en la idea de que el Universo es a la vez isótropo, es decir, que aparece idéntico en todas las direcciones, y homogéneo a gran escala, con una distribución uniforme de la materia.
Desde su formulación, el modelo Lambda-CDM ha permitido explicar numerosas observaciones, como el fondo cósmico de microondas y la abundancia de elementos ligeros. Proporciona una cronología coherente de la historia cósmica, desde el Big Bang hasta la formación de estrellas y galaxias. Sin embargo, sigue incompleto, ya que no describe directamente la naturaleza de la energía oscura o de la materia oscura, que constituyen juntas la mayor parte del contenido del Universo.
Las tensiones recientes, como la del dipolo cósmico, ponen a prueba la validez de este modelo. Si estas anomalías persisten, podrían requerir ajustes mayores o incluso el desarrollo de un nuevo paradigma cosmológico. Los investigadores exploran actualmente alternativas, incluyendo modificaciones de las leyes de la gravedad o la introducción de nuevos componentes cósmicos, para dar cuenta de las observaciones discordantes.
La isotropía y la homogeneidad: principios fundamentales del Universo
En cosmología, la isotropía y la homogeneidad son dos principios que simplifican considerablemente el estudio del Universo. La isotropía significa que el Universo parece el mismo en todas las direcciones cuando se observa desde cualquier punto. La homogeneidad, por su parte, implica que la distribución de la materia es uniforme a escalas muy grandes, sin regiones privilegiadas. Estas ideas son centrales en el modelo FLRW (por métrica de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker), que describe el espacio-tiempo en el marco de la relatividad general de Einstein.
Estos principios están respaldados por observaciones como la uniformidad del fondo cósmico de microondas, que muestra diferencias de temperatura muy pequeñas en el cielo. Permiten a los científicos modelar el Universo como un todo coherente, usando ecuaciones simplificadas para predecir su expansión y estructura. Sin estas hipótesis, los cálculos cosmológicos se volverían extremadamente arduos, ya que habría que tener en cuenta numerosas asimetrías locales.
Sin embargo, los nuevos estudios sobre el dipolo cósmico y otras anomalías muestran que estos principios podrían no ser absolutamente ciertos. Si el Universo presenta efectivamente asimetrías significativas a gran escala, esto pondría en duda no solo los modelos actuales, sino también nuestra comprensión fundamental de la geometría cósmica. Esto abriría la puerta a nuevas teorías para explicar por qué el Universo no es perfectamente simétrico.