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Crisis de la cosmología: se necesita una "nueva física" debido a que el universo se está expandiendo más rápido de lo que los científicos pensaban

Una vista simulada de la densidad de la materia oscura (azul) y la materia visible (naranja) en la red cósmica del universo.
Una vista simulada de la densidad de la materia oscura (azul) y la materia visible (naranja) en la red cósmica del universo. IllustrisTNG collaboration

IllustrisTNG collaboration

  • El universo se está expandiendo más rápido de lo que los científicos predijeron, un hallazgo que ha creado lo que un astrofísico llama "la crisis de la cosmología".

  • Un nuevo estudio confirmó este dilema usando la nueva tecnología de telescopios y datos del Telescopio Espacial Hubble de la NASA.

  • Los científicos todavía no pueden explicar la discrepancia entre sus modelos y las nuevas medidas. El misterio podría llevar a una "nueva física", según otro investigador.

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El universo se está expandiendo mucho más rápido de lo que predijeron los científicos, y nadie sabe por qué.

Un equipo de investigadores ha confirmado este dilema con datos recopilados utilizando una nueva tecnología de telescopio que se basa en espejos que cambian de forma.

Según su estudio, que fue publicado el mes pasado en la Royal Astronomical Society, las mediciones precisas de la velocidad a la que se está expandiendo el universo no coinciden con el modelo estándar que los científicos han estado utilizando durante décadas.

"Ahí radica la crisis de la cosmología", dijo Chris Fassnacht, astrofísico y coautor del estudio, en un comunicado de prensa.

Otros estudios publicados a principios de este año llegaron a conclusiones similares.

"Este desajuste ha ido en aumento y ahora ha llegado a un punto que es realmente imposible descartar como una casualidad. Esta disparidad no podría ocurrir por casualidad", dijo Adam Riess, el científico ganador del Premio Nobel que realizó un estudio que se publicó en abril, en un comunicado de prensa en ese momento.

Añadió que estos hallazgos "pueden ser el desarrollo más emocionante en cosmología en décadas".

El misterio de la Constante de Hubble

El universo siempre se hace más grande, extendiendo las galaxias más lejos. Durante décadas, los científicos han intentado medir cuán rápido está creciendo el universo — un número llamado la Constante de Hubble.

Los investigadores reconstruyen la historia del universo estudiando el resplandor de la radiación que quedó del Big Bang hace unos 13.800 millones de años, llamado fondo cósmico de microondas (CMB).

Cuando los científicos estudian el CMB, están buscando tanto en la distancia como en el pasado, ya que la luz viaja a una velocidad constante. Cuando miramos al sol, por ejemplo, lo que vemos en la Tierra es el sol tal como apareció hace 8 minutos, ya que está a unos 8 minutos luz de distancia. Así que cuando los científicos miran los objetos lo suficientemente lejos en la distancia, los ven como eran al principio del universo.

Basados en esas observaciones, los científicos han encontrado que después del Big Bang, el universo se expandió al principio muy rápidamente. Entonces la expansión se hizo más lenta a medida que la gravedad de la materia oscura — una fuerza misteriosa e invisible que constituye alrededor del 85% de toda la materia en el universo — retrocedía.

Una representación artística del modelo estándar de la cosmología.

Pero recientemente, se han encontrado con un problema.

Las mediciones del universo contemporáneo muestran que se está expandiendo mucho más rápido de lo que predice el modelo estándar. El estudio de Riess de abril encontró que el universo se está expandiendo un 9% más rápido de lo que predijeron los cálculos basados en el CMB.

"Esto no son solo dos experimentos en desacuerdo", dijo en ese momento. "Estamos midiendo algo fundamentalmente diferente. Una es una medida de lo rápido que el universo se está expandiendo hoy en día, tal como nosotros lo vemos. La otra es una predicción basada en la física del universo primitivo y en las mediciones de la velocidad a la que debería expandirse. Si estos valores no concuerdan, es muy probable que nos falte algo".

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Las nuevas tecnologías confirman el dilema pero no estamos más cerca de resolverlo

Los telescopios Keck I y Keck II en Mauna Kea en Hawaii.

Para el nuevo estudio, los investigadores usaron un sistema de espejos de primera calidad en el telescopio del Observatorio Keck en Hawaii. El dispositivo utiliza espejos flexibles que pueden corregir las distorsiones causadas por la atmósfera de la Tierra y devolver imágenes extra nítidas de los objetos en el cielo.

Los investigadores apuntaron el telescopio hacia tres sistemas de galaxias brillantes y altamente activas llamadas cuásares.

Estudiaron los cuásares usando un proceso llamado lente gravitacional, que mide la forma en que la luz se dobla a medida que viaja alrededor de objetos masivos en su camino hacia la Tierra. Un objeto masivo (como una galaxia gigante, por ejemplo) dobla la luz en una variedad de direcciones, lo que permite a los científicos ver diferentes versiones distorsionadas del mismo cuásar desde tiempos ligeramente diferentes en su pasado. Luego pueden comparar esas imágenes para calcular cuánto tiempo tarda en llegarnos la luz de un cuásar y reunir información sobre cuánto se expandió el universo durante ese tiempo de viaje.

Imágenes de los tres sistemas de cuásares con lentes.

Al igual que los estudios anteriores, los nuevos resultados mostraron que el universo se está expandiendo más rápidamente de lo que predice el modelo estándar. Los investigadores compararon sus resultados con los datos del Telescopio Espacial Hubble, y los resultados fueron consistentes.

"Una diferencia en la constante de Hubble entre el universo de tiempo temprano y el de tiempo tardío significa que hay algo que falta en nuestro modelo estándar actual", dijo la astrofísica Sherry Suyu en un comunicado de prensa sobre el estudio reciente. "Por ejemplo, podría ser energía oscura exótica, o una nueva partícula relativista, o alguna otra física por descubrir".

Una animación por ordenador de cómo podría haber sido el Big Bang.
Una animación por ordenador de cómo podría haber sido el Big Bang. NASA Goddard

NASA Goddard

Los científicos aún no saben qué podría ser esa pieza faltante. Algunos piensan que el culpable podría ser la energía oscura, el término para la fuerza misteriosa e invisible que constituye alrededor del 68% del universo. Esta energía podría haber acelerado la expansión al empujar hacia afuera y abrumar la gravedad de la materia oscura.

Fassnacht dijo que espera que los científicos continúen empleando esta nueva tecnología de telescopio para recopilar datos más precisos mientras buscan piezas perdidas en su comprensión del universo.

"Tal vez esto nos lleve a un modelo cosmológico más completo del universo", dijo.

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