Todas las grandes descobertas en cosmología subrayan el axioma de que el universo no solo es más extraño de lo que suponemos, sino que es más extraño de lo que podemos suponer. El último ejemplo de esto es un estudio de investigadores de la Universidad Yonsei en Corea del Sur que afirma que la expansión del universo se está ralentizando.
El estudio, publicado en Notices of the Royal Astronomical Society el 6 de noviembre, contrasta fuertemente con el modelo estándar del universo, denominado Lambda-Cold Dark Matter (LCDM), que habla de un universo en aceleración.
Fuerza misteriosa
La teoría aceptada dice que el universo comenzó hace unos 13.800 millones de años a partir de un único punto infinitamente denso que explotó catastróficamente en un ‘Big Bang’, dando lugar a la formación de materia, energía y espacio. A medida que la explosión se propagaba rápidamente, generó partículas subatómicas como protones, neutrones y electrones antes de que la materia colapsara bajo la gravedad para formar galaxias, estrellas y planetas.
Si bien el astrónomo estadounidense Edwin Hubble confirmó en la década de 1920 que el universo se estaba expandiendo, los cosmólogos conjeturaron que la gravedad también debía haber ralentizado la expansión en algún momento. Por eso se sorprendieron cuando, en 1998, los astrónomos que medían las distancias a galaxias lejanas utilizando la luz de estrellas que explotaban llamadas supernovas de Tipo Ia concluyeron que 9 mil millones de años después del inicio del universo, su expansión realmente ganó impulso.
Consideraron que el impulso provenía de una fuerza misteriosa conocida como ‘energía oscura’, que constituye alrededor del 70% del cosmos. En 1917, Albert Einstein propuso que sus efectos pueden representarse en ecuaciones mediante la constante cosmológica lambda (Ʌ).
Giro dramático
Por demostrar que la expansión del universo realmente se había acelerado, tres científicos —Saul Perlmutter, Brian Schmidt y Adam Riess— fueron galardonados con el Premio Nobel de Física de 2011. El trío y los equipos que lideraron calcularon las distancias a las supernovas de Tipo Ia utilizando su brillo aparente como “candelas estándar” y midiendo el corrimiento al rojo, es decir, el estiramiento de la luz debido a la expansión del universo. Esto les ayudó a determinar las velocidades a las que diferentes partes del universo se estaban alejando de la Tierra.
Sus datos mostraron que el universo se estaba acelerando a medida que la energía oscura separaba las galaxias cada vez más rápido. Una analogía que los astrónomos suelen utilizar para ilustrar esto es la forma en que las pasas en la masa de pan que sube se alejan unas de otras. Por lo tanto, en el modelo LCDM de cosmología, la gravedad une planetas, estrellas y galaxias, mientras que las propiedades antigravitatorias de la energía oscura alejan las galaxias, impulsando la expansión del universo.
El estudio de la Universidad Yonsei introdujo un giro dramático en este relato cósmico al sugerir que la energía oscura podría estar debilitándose, frenando la aceleración del universo.
“Nuestro estudio muestra que el universo ya ha entrado en una fase de expansión desacelerada en la época presente y que la energía oscura evoluciona con el tiempo mucho más rápidamente de lo que se pensaba anteriormente”, dijo el profesor de astronomía de la Universidad Yonsei Young-Wook Lee, quien dirigió el estudio.
Los hallazgos coinciden con datos similares del Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) en EE. UU.: que las supernovas de Tipo Ia podrían no ser las “candelas estándar” del universo, ya que su luminosidad podría verse afectada por la edad de sus estrellas progenitoras.
Si la densidad de energía oscura no es constante en el tiempo, esto trastoca la sabiduría cosmológica convencional, obligando a los científicos a volver a examinar un universo que puede estar desacelerando, y quizás eventualmente contrayéndose antes de colapsar sobre sí mismo en un ‘Big Crunch’.
‘Modificar, no negar’
El estudio ya ha desatado un acalorado debate entre los cosmólogos, con muchos dudando de que haya suficientes pruebas para revisar el LCDM en breve, o siquiera.
Por ejemplo, en un correo electrónico al autor, el cosmólogo de la Universidad de Michigan Dragan Huterer expresó dudas sobre la evolución de la energía oscura con el tiempo. “Pero esto es realmente difícil de evaluar ya que no tenemos modelos teóricos convincentes de la energía oscura. Por lo tanto, desde un punto de vista teórico, no está claro”, añadió el profesor Huterer. “Desde el punto de vista observacional/experimental, la significación estadística de los hallazgos es fuerte, pero no lo suficientemente fuerte como para afirmar un descubrimiento. Necesitamos recopilar y analizar más datos para estar seguros”.
Brian Schmidt, profesor distinguido de astronomía en la Universidad Nacional Australiana y uno de los tres astrofísicos que ganó el Premio Nobel por su trabajo sobre la energía oscura, es escéptico sobre las consecuencias del estudio para el LCDM.
“Si se validan, estos hallazgos no negarían el (modelo estándar) del cosmos, sino que lo modificarían”, escribió el profesor Schmidt en un correo electrónico. “Básicamente, en lugar de una constante [constante cosmológica], tendríamos algo que evoluciona con el tiempo”.
Dijo que no cree que esto dé lugar a campos subdisciplinarios completamente nuevos de la astrofísica.
“Si es cierto, dará a los teóricos nuevas pistas para comprender la energía oscura. Creo que se mantendría dentro de la comunidad teórica de cosmología actual, y no (en) una nueva subdisciplina”.
¿Dónde está el jurado?
El profesor Huterer también dijo que “estos desarrollos seguirían en el ámbito de la cosmología basada en datos. Y el hecho de que las supernovas de Tipo Ia tengan nuevas propiedades informaría al campo existente de la astrofísica de las supernovas de Tipo Ia”.
Adam Riess, profesor de física y astronomía de la Universidad Johns Hopkins, que compartió el Premio Nobel de 2011, también dijo que el estudio de la Universidad Yonsei no se sostiene.
“El estudio afirma que las supernovas de Tipo Ia se vuelven sistemáticamente más débiles con el corrimiento al rojo porque sus progenitoras evolucionan con el tiempo cósmico”, dijo. “Demostramos que esto no está respaldado por los datos. Los análisis modernos de supernovas ya modelan y marginan los sistemáticos relacionados con el huésped, como la masa estelar y la historia de formación de estrellas, y cuando estos se incluyen, no hay evidencia significativa de la evolución de la luminosidad”.
Según el profesor Riess, “el resultado del estudio surge de una forma muy particular de cortar los datos y de supuestos que no son consistentes con la forma en que se hace la cosmología de supernovas hoy en día”.
Cuando el conjunto de datos de 5 años de la Encuesta de Energía Oscura se analiza con métodos estándar, continuó, “el nivel permitido de evolución es un orden de magnitud menor que el que predice su modelo. En resumen: su efecto propuesto no se observa en los datos reales, y los análisis actuales ya lo evitan”.
¿Dónde radica entonces el problema? Según el profesor Riess, el nuevo estudio da un salto de la edad de la galaxia anfitriona a la edad de la supernova que no está justificado físicamente. Esto es algo que los científicos ya han probado y corregido con conjuntos de datos mucho más grandes.
“Los estudios actuales ya corrigen su efecto alegado (edad) porque corrigen la masa de la galaxia, y la masa y la edad de la galaxia están directamente correlacionadas”, dijo.
En resumen, el jurado sigue deliberando sobre el estudio de la Universidad Yonsei. Actualmente, los cosmólogos recurren a instrumentos de última generación como el Observatorio Vera Rubin en Chile y el próximo telescopio espacial Nancy Grace Roman de la NASA para arrojar luz sobre el papel de la energía oscura en el destino del universo, ya sea que eventualmente se ralentice y termine en un ‘Big Crunch’ o continúe expandiéndose hasta desvanecerse en la nada virtual.
Prakash Chandra es un escritor científico.
