Nuevo estudio confirma que la gravedad se ha mantenido constante durante toda la era del Universo


Durante más de un siglo, los astrónomos han sabido que el Universo se ha estado expandiendo desde el Big Bang. Durante los primeros ocho mil millones de años, la tasa de expansión fue relativamente constante ya que fue retenida por la fuerza de la gravedad. Sin embargo, gracias a misiones como el Telescopio Espacial Hubble, los astrónomos han aprendido que hace aproximadamente cinco mil millones de años, la tasa de expansión se ha acelerado. Esto condujo a la teoría ampliamente aceptada de que una fuerza misteriosa está detrás de la expansión (conocida como energía oscura), mientras que algunos insisten en que la fuerza de la gravedad puede haber cambiado con el tiempo.

Esta es una hipótesis polémica, ya que significa que la Teoría General de la Relatividad de Einstein (que ha sido validada de nueve maneras desde el domingo) es incorrecta. Pero según un nuevo estudio de la Colaboración internacional Dark Energy Survey (DES), la naturaleza de la gravedad se ha mantenido igual a lo largo de toda la historia del Universo. Estos hallazgos se producen poco antes de que se envíen al espacio dos telescopios espaciales de próxima generación (Nancy Grace Roman y Euclid) para realizar mediciones aún más precisas de la gravedad y su papel en la evolución cósmica.

La Colaboración DES está compuesta por investigadores de universidades e institutos de EE. UU., Reino Unido, Canadá, Chile, España, Brasil, Alemania, Japón, Italia, Australia, Noruega y Suiza. Sus hallazgos del tercer año se presentaron en la Conferencia Internacional sobre Física de Partículas y Cosmología (COSMO’22), que tuvo lugar en Río de Janeiro del 22 al 26 de agosto. También se compartieron en un artículo titulado «Dark Energy Survey Year 3 Results: Constraints on extensions to Lambda CDM with débil lensing and galaxy clustering» que apareció en la revista de la American Physical Society Physical Review D.

La primera imagen tomada por el telescopio espacial James Webb, con . Crédito: NASA, ESA, CSA y STScI

La Teoría General de la Relatividad de Einstein, que finalizó en 1915, describe cómo se altera la curvatura del espacio-tiempo en presencia de la gravedad. Durante más de un siglo, esta teoría ha predicho con precisión casi todo en nuestro Universo, desde la órbita de Mercurio y las lentes gravitatorias hasta la existencia de agujeros negros. Pero entre las décadas de 1960 y 1990 se descubrieron dos discrepancias que llevaron a los astrónomos a preguntarse si la teoría de Einstein era correcta. Primero, los astrónomos notaron que los efectos gravitacionales de estructuras masivas (como galaxias y cúmulos de galaxias) no concordaban con su masa observada.

Esto dio lugar a la teoría de que el espacio está lleno de una masa invisible que interactúa con la materia «normal» (también conocida como «luminosa» o visible) a través de la gravedad. Mientras tanto, la expansión observada del cosmos (y cómo está sujeto a la aceleración) dio lugar a la teoría de la Energía Oscura y al modelo cosmológico Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM). Cold Dark Matter es una interpretación en la que esta masa está compuesta de partículas grandes que se mueven lentamente, mientras que Lambda representa Dark Energy. En teoría, estas dos fuerzas constituyen el 95% del contenido total de energía y masa del Universo, pero todos los intentos de encontrar evidencia directa de ellas han fallado.

La única alternativa posible es que la Relatividad debe modificarse para tener en cuenta estas discrepancias. Para averiguar si ese es el caso, los miembros del DES utilizaron el Telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros en el Observatorio Interamericano Cerro Telolo en Chile para observar galaxias a una distancia de hasta 5 mil millones de años luz. Esperaban determinar si la gravedad ha variado en los últimos 5 mil millones de años (desde que comenzó la aceleración) o en distancias cósmicas. También consultaron datos de otros telescopios, incluido el satélite Planck de la ESA, que ha estado cartografiando el Fondo Cósmico de Microondas (CMB) desde 2009.

Prestaron mucha atención a cómo las imágenes que vieron contenían distorsiones sutiles debido a la materia oscura (lentes gravitacionales). Como ilustró la primera imagen lanzada por el Telescopio Espacial James Webb (JWST), los científicos pueden inferir la fuerza de la gravedad analizando la medida en que una lente gravitacional distorsiona el espacio-tiempo. Hasta ahora, la Colaboración DES ha medido las formas de más de 100 millones de galaxias, y todas las observaciones coinciden con lo que predice la Relatividad General. La buena noticia es que la teoría de Einstein aún se mantiene, pero esto también significa que el misterio de la Energía Oscura persiste por el momento.

Afortunadamente, los astrónomos no tendrán que esperar mucho antes de que estén disponibles datos nuevos y más detallados. En primer lugar, está la misión Euclid de la ESA, cuyo lanzamiento está previsto para 2023 a más tardar. Esta misión mapeará la geometría del Universo, mirando 8 mil millones de años hacia el pasado para medir los efectos de la Materia Oscura y la Energía Oscura. Para mayo de 2027, se le unirá el telescopio espacial romano Nancy Grace de la NASA, que mirará hacia atrás más de 11 mil millones de años. Estos serán los estudios cosmológicos más detallados jamás realizados y se espera que proporcionen la evidencia más convincente a favor (o en contra) del modelo Lambda-CDM.

Impresión artística del Telescopio Espacial Romano Nancy Grace, llamado así por el primer Jefe de Astronomía de la NASA. Créditos: NASA

Como dijo la coautora del estudio Agnès Ferté, quien realizó la investigación como investigadora postdoctoral en el JPL, en un reciente comunicado de prensa de la NASA:

“Todavía hay espacio para desafiar la teoría de la gravedad de Einstein, a medida que las mediciones se vuelven cada vez más precisas. Pero todavía tenemos mucho que hacer antes de estar listos para Euclid y Roman. Por lo tanto, es esencial que sigamos colaborando con científicos de todo el mundo en este problema, como lo hemos hecho con el Dark Energy Survey”.

Además, las observaciones proporcionadas por Webb de las primeras estrellas y galaxias del Universo permitirán a los astrónomos trazar la evolución del cosmos desde sus primeros períodos. Estos esfuerzos tienen el potencial de responder algunos de los misterios más apremiantes del Universo. Estos incluyen cómo la Relatividad y la masa observada y la expansión del Universo coinciden, pero también podrían proporcionar información sobre cómo interactúan la gravedad y las otras fuerzas fundamentales del Universo (como se describe en la mecánica cuántica): una Teoría del Todo (ToE).

Si hay algo que caracteriza la era actual de la astronomía, es la forma en que los estudios a largo plazo y los instrumentos de próxima generación se unen para probar lo que ha sido la materia de la teoría hasta ahora. Los avances potenciales a los que estos podrían conducir seguramente nos deleitarán y nos confundirán. Pero en última instancia, revolucionarán la forma en que vemos el Universo.

Con información de UniverseToday.com

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