Un estudio publicado en el Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP) presenta una metodología para poner a prueba el supuesto de homogeneidad e isotropía cósmicas, conocido como Principio Cosmológico, aprovechando el efecto de lente gravitacional débil (un efecto de distorsión de la luz descrito por la relatividad general) en imágenes astronómicas recogidas por nuevos observatorios como el Telescopio Espacial Euclidiano. Encontrar evidencia de anomalías en el Principio Cosmológico podría tener profundas implicaciones para nuestra comprensión actual del universo.
«El Principio Cosmológico es como una especie de declaración suprema de humildad», explica James Adam, astrofísico de la Universidad del Cabo Occidental, Ciudad del Cabo, Sudáfrica, y autor principal del nuevo artículo. Según el Principio Cosmológico, no solo no estamos en el centro del universo, sino que no existe un centro verdadero.
Otro supuesto, similar a la homogeneidad pero distinto e independiente de ella, es que el universo también es isótropo, lo que significa que no tiene direcciones preferidas. Estas suposiciones son la base del Modelo Estándar de Cosmología, el marco teórico utilizado para explicar el origen, la evolución y el estado actual del universo. Actualmente es el modelo más sólido y consistente, verificado por numerosas observaciones científicas, aunque todavía no es perfecto.
De hecho, algunas observaciones cosmológicas recientes sugieren que, en escalas extremadamente grandes, puede haber anisotropías, variaciones en la estructura del universo que desafían el supuesto de isotropía.
Estas anomalías se han identificado utilizando diferentes métodos e incluyen mediciones contradictorias de la tasa de expansión del universo, estudios de la radiación de fondo de microondas cósmica y varias inconsistencias en los datos cosmológicos. Sin embargo, estas observaciones aún no son concluyentes.
Para descartar errores de medición, se deben recopilar más datos utilizando metodologías independientes. Si múltiples técnicas confirman las mismas anomalías, su existencia se volverá mucho más difícil de descartar.
El nuevo estudio publicado en JCAP por Adam y colegas desarrolló una nueva metodología para probar la isotropía del universo utilizando observaciones de instrumentos como Euclid. Euclid es un telescopio espacial de la ESA que se lanzará en 2023 y que acaba de empezar a producir imágenes del cosmos con una potencia, precisión y resolución sin precedentes.
«Hemos investigado un método diferente para limitar la anisotropía, que implicaba la llamada lente gravitacional débil», explica Adam. La lente gravitacional débil se produce porque la materia que se encuentra entre nosotros y una galaxia lejana curva ligeramente la luz de la galaxia, alterando su forma aparente. Este tipo específico de distorsión puede revelar si existen anisotropías en el universo.
De hecho, el análisis de los datos de lente gravitacional débil permite a los científicos separar la señal en dos componentes: la cizalladura del modo E, que se genera por la distribución de la materia en un universo isótropo y homogéneo, y la cizalladura del modo B, que suele ser muy débil y no debería aparecer a gran escala en un universo isótropo.
La simple observación de los modos B a gran escala no sería suficiente para confirmar las anisotropías, ya que estas señales son muy débiles y podrían resultar de errores de medición o efectos secundarios.
Si la anisotropía es real, afectaría tanto a los modos E como a los modos B de forma no independiente, generando una correlación entre las dos señales. Solo si los datos de Euclid revelan una correlación significativa entre los modos E y B, sugerirían una expansión anisotrópica del universo.
Próximos pasos y posibles implicaciones
En su estudio, Adam y sus colegas simularon los efectos de una expansión anisotrópica del universo en un ordenador y desarrollaron un modelo que describe cómo las desviaciones de la isotropía modificarían la débil señal de lente.
A continuación, calcularon la correlación cruzada E-B para demostrar que un universo anisotrópico produciría una correlación entre las dos señales, y aplicaron su modelo a futuros datos de Euclid, demostrando que estas observaciones serán lo suficientemente precisas para detectar posibles anisotropías.
Euclid ya está empezando a proporcionar datos útiles para estos análisis, y pronto se pondrán en funcionamiento nuevos observatorios. Ahora que han desarrollado la metodología adecuada, Adam y sus colegas pretenden aplicarla a datos reales.
«Una vez que se ha comprobado el trabajo cuatro veces, hay que considerar seriamente si esta suposición fundamental es realmente cierta o no, especialmente en el universo tardío. O tal vez nunca fue cierta», explica Adam.
Si se confirman estas anomalías, se abriría un nuevo capítulo en la cosmología. Pero no será fácil: ya existen modelos teóricos alternativos que predicen anisotropías, pero ninguno es tan sólido ni tiene tanta aceptación como el Modelo Estándar.
Sin embargo, cualquier revisión teórica dependería también del grado de anisotropía que se pudiera detectar, algo que sigue siendo incierto. «Podría ser una revisión seria», concluye Adam, «o simplemente añadir algún término aquí o allá. ¿Quién sabe?»
Con información de arXiv
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