¿Por qué la expansión de nuestro Universo se acelera? Veinticinco años después de su descubrimiento, este fenómeno sigue siendo uno de los mayores misterios científicos actuales. Desentrañarlo implica poner a prueba las leyes fundamentales de la física, incluida la relatividad general de Albert Einstein.
Imagen ilustrativa Pixabay
Un equipo de las universidades de Ginebra (UNIGE) y Toulouse III - Paul Sabatier comparó las predicciones del famoso físico con mediciones basadas en los datos del programa Dark Energy Survey. Descubrieron que podría aparecer un ligero desajuste, dependiendo de las épocas de la historia del cosmos en que se realicen estos cálculos. Estos resultados, publicados en Nature Communications, cuestionan la validez de las teorías de Einstein para explicar los fenómenos que ocurren fuera del sistema solar, a escala del Universo.
Según la teoría de Albert Einstein, nuestro Universo se deforma bajo la influencia de la materia que contiene, un poco como una gran sábana elástica. Estas deformaciones, provocadas por la gravedad de los cuerpos celestes, se llaman "pozos gravitacionales". Cuando la luz atraviesa este marco de irregularidades, su trayectoria se desvía por estos pozos, como si pasara a través de una lente de vidrio. Pero aquí, es la gravedad y no el vidrio quien curva la luz. Este es el efecto de "lente gravitacional".
Lente gravitacional de galaxias lejanas por el cúmulo de galaxias Abell 2390, observado por el satélite Euclid.
© ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA, tratamiento de imagen por J.-C. Cuillandre (CEA Paris-Saclay), G. Anselmi
La observación de este efecto proporciona información sobre los componentes, la historia y la expansión del Universo. Su primera medición, en 1919 durante un eclipse solar, permitió confirmar la teoría de Einstein, que predice una desviación de la luz dos veces mayor que la de Isaac Newton. Esta diferencia se explica por la introducción de un nuevo "ingrediente" por parte de Einstein: la deformación del tiempo, además de la deformación del espacio, para obtener la curvatura exacta de la luz.
Teoría vs datos
¿Pero en los confines del Universo, funcionan estas ecuaciones? Esa es la pregunta que plantean numerosos científicos que buscan cuantificar la densidad de materia en el cosmos y comprender la aceleración de su expansión. Gracias a un uso innovador de los datos del Dark Energy Survey, un programa internacional de cartografía de la forma de cientos de millones de galaxias, un equipo de las universidades de Ginebra (UNIGE) y Toulouse III - Paul Sabatier aporta nuevos elementos de respuesta.
"Hasta ahora, los datos del Dark Energy Survey se usaban para medir la distribución de la materia en el Universo. En nuestro estudio, los utilizamos para medir directamente la distorsión del tiempo y del espacio, y así comparar nuestros resultados con las predicciones de Einstein", explica Camille Bonvin, profesora asociada del Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, quien dirigió este trabajo.
Un ligero desajuste
Los datos del Dark Energy Survey permiten observar muy lejos en el espacio, y por lo tanto muy atrás en el tiempo. El equipo franco-suizo realizó análisis en 100 millones de galaxias, en cuatro momentos diferentes de la historia del Universo: hace 3.5, 5, 6 y 7 mil millones de años. Estas mediciones permitieron determinar cómo crecían los pozos gravitacionales con el tiempo, en un periodo que abarca más de la mitad de la historia del cosmos.
"Descubrimos que muy atrás en el pasado, hace 6 y 7 mil millones de años, la profundidad de los pozos es completamente compatible con las predicciones de Einstein. Sin embargo, en el periodo más cercano a nuestra época, hace 3.5 y 5 mil millones de años, son un poco menos profundos de lo que predice Einstein", revela Isaac Tutusaus, astrónomo adjunto del Instituto de Investigación en Astrofísica y Planetología (IRAP/OMP) de la Universidad Toulouse III - Paul Sabatier, primer autor del estudio.
Es también en este mismo periodo cercano a nuestro tiempo cuando la expansión del Universo comenzó a acelerarse. Por lo tanto, es posible que la respuesta a estos dos extraños fenómenos, la aceleración del Universo y el crecimiento más lento de los pozos gravitacionales, sea la misma: la gravedad podría regirse, a gran escala, por leyes físicas diferentes a las de Einstein.
¿Cómo invalidar a Einstein?
"Nuestros resultados muestran que las predicciones de Einstein tienen una incompatibilidad de 3 sigma con las mediciones. En el lenguaje de la física, un nivel de incompatibilidad como este despierta nuestro interés y requiere investigaciones adicionales. Sin embargo, esta incompatibilidad no es lo suficientemente grande, por el momento, para refutar la teoría de Einstein.
Para ello, sería necesario alcanzar un nivel de 5 sigma. Por lo tanto, es esencial contar con más mediciones, más precisas, para confirmar o refutar estos primeros resultados, y saber si esta teoría sigue siendo válida en nuestro universo, a grandes distancias", destaca Nastassia Grimm, investigadora postdoctoral en el Departamento de Física Teórica de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, coautora del estudio.
El equipo está preparando el análisis de los nuevos datos del telescopio espacial Euclid, lanzado hace un año. Como Euclid observa el Universo desde el espacio, sus mediciones de lentes gravitacionales son mucho más precisas. Además, Euclid observará un número fenomenal de galaxias: se espera alrededor de mil quinientos millones tras seis años de observación. Esto permitirá medir mejor las distorsiones espacio-temporales, remontarse aún más en el tiempo y poner a prueba aún más las ecuaciones de Einstein.