La forma del universo no es algo en lo que pensemos a menudo. Mis colegas y yo hemos publicado un nuevo estudio que sugiere que podría ser asimétrico o desequilibrado, es decir, no igual en todas las direcciones.
¿Debería importarnos esto? Pues bien, el «modelo cosmológico estándar» actual —que describe la dinámica y la estructura de todo el cosmos— se basa firmemente en la suposición de que es isótropo (se ve igual en todas las direcciones) y homogéneo cuando se promedia a gran escala.
Sin embargo, varias de las llamadas «tensiones» —o discrepancias en los datos— cuestionan esta idea de un universo uniforme.
Acabamos de publicar un artículo en Reviews of Modern Physics que analiza una de las tensiones más significativas, denominada anomalía del dipolo cósmico. Concluimos que esta anomalía plantea un serio desafío a la descripción más aceptada del universo, el modelo cosmológico estándar (también llamado modelo Lambda-CDM).
¿Qué es entonces la anomalía del dipolo cósmico y por qué supone un problema tan grande para los intentos de dar una explicación detallada del cosmos?
Comencemos con el fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación remanente del Big Bang. El CMB es uniforme en el cielo con una precisión de una parte entre cien mil.
Por lo tanto, los cosmólogos se sienten seguros al modelar el universo utilizando la descripción «máximamente simétrica» del espacio-tiempo de la teoría de la relatividad general de Einstein. Esta visión simétrica del universo, donde se ve igual en todas partes y direcciones, se conoce como la «descripción FLRW».
Esto simplifica enormemente la solución de las ecuaciones de Einstein y constituye la base del modelo Lambda-CDM.
Pero existen varias anomalías importantes, incluyendo una ampliamente debatida llamada tensión de Hubble. Recibe su nombre en honor a Edwin Hubble, a quien se le atribuye el descubrimiento en 1929 de que el universo se está expandiendo.
La tensión comenzó a surgir a partir de diferentes conjuntos de datos en la década del 2000, principalmente del Telescopio Espacial Hubble, y también de datos recientes del satélite Gaia. Esta tensión se debe a una discrepancia cosmológica, donde las mediciones de la tasa de expansión del universo desde sus inicios no coinciden con las mediciones del universo cercano (más reciente).
La anomalía del dipolo cósmico ha recibido mucha menos atención que la tensión de Hubble, pero es aún más fundamental para nuestra comprensión del cosmos. ¿Qué es?
Tras establecer que el fondo cósmico de microondas es simétrico a gran escala, se han encontrado variaciones en esta radiación reliquia del Big Bang. Una de las más significativas se denomina anisotropía dipolar del CMB. Esta es la mayor diferencia de temperatura en el CMB, donde un lado del cielo es más caliente y el lado opuesto más frío, en aproximadamente una parte entre mil.
Esta variación en el CMB no cuestiona el modelo Lambda-CDM del universo. Sin embargo, deberíamos encontrar variaciones correspondientes en otros datos astronómicos.
En 1984, George Ellis y John Baldwin se preguntaron si existía una variación similar, o «anisotropía dipolar», en la distribución celeste de fuentes astronómicas distantes, como radiogalaxias y cuásares. Las fuentes deben ser muy distantes, ya que las fuentes cercanas podrían crear un «dipolo de agrupamiento» espurio.
Si la suposición de FLRW sobre el «universo simétrico» es correcta, esta variación en las fuentes astronómicas distantes debería estar directamente determinada por la variación observada en el CMB. Esto se conoce como la prueba de Ellis-Baldwin, en honor a los astrónomos.
La consistencia entre las variaciones en el CMB y en la materia respaldaría el modelo estándar Lambda-CDM. Discord lo cuestionaría directamente, e incluso la descripción de FLRW. Debido a su alta precisión, el catálogo de datos necesario para realizarla está disponible desde hace poco.
El resultado es que el universo no supera la prueba de Ellis-Baldwin. La variación en la materia no coincide con la del CMB. Dado que las posibles fuentes de error son bastante diferentes para telescopios y satélites, y para diferentes longitudes de onda del espectro, es alentador que se obtenga el mismo resultado con radiotelescopios terrestres y satélites que observan en longitudes de onda del infrarrojo medio.
La anomalía del dipolo cósmico se ha consolidado como un importante desafío para el modelo cosmológico estándar, incluso si la comunidad astronómica ha optado por ignorarla en gran medida.
Esto puede deberse a que no existe una solución sencilla para este problema. Requiere abandonar no solo el modelo Lambda-CDM, sino también la propia descripción FLRW, y volver al punto de partida.
Sin embargo, se espera una avalancha de datos provenientes de nuevos satélites como Euclid y SPHEREx, y de telescopios como el Observatorio Vera Rubin y el Square Kilometer Array. Es concebible que pronto recibamos nuevos y audaces conocimientos sobre cómo construir un nuevo modelo cosmológico, aprovechando los avances recientes en un subconjunto de la inteligencia artificial (IA) denominado aprendizaje automático.
El impacto sería enorme en la física fundamental y en nuestra comprensión del universo.
Con información de arXiv
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