El descubrimiento español que puede cambiar nuestro modelo actual del universo

Un equipo de investigadores de la Universidad Complutense de Madrid ha encontrado una manera de explicar la expansión del universo y el comportamiento de las galaxias sin tener que recurrir a la escurridiza energía oscura, una fuerza cuya existencia no hemos podido demostrar, pero que podría suponer un 70% de la energía total del cosmos. Si esta hipótesis es correcta y la energía y la materia oscuras no juegan ningún papel en estos procesos, habría que cambiar nuestro modelo actual del universo.

El universo lleva en constante expansión desde el estallido del Big Bang, hace unos 13,7 mil millones de años. Pero para explicar esta expansión incesante, los científicos han tenido que recurrir a una teoría llamada modelo de materia oscura fría lambda (LCDM), que describe una fuerza que no interacciona con la luz y que, por tanto, es invisible para nuestros telescopios: la energía oscura.

Según la teoría de la relatividad general de Einstein, el vacío del espacio está repleto de energía. Aunque no podemos detectar su presencia, la energía del vacío tiene una gravedad repulsiva, empujando el espacio vacío y haciendo que se separe.

La LCDM sugiere que en el universo hay un 70% de energía oscura, un 25% de materia oscura (una supuesta sustancia que hay en las galaxias y que también es invisible a los telescopios) y un 5% de materia ordinaria en el cosmos. Este modelo ha conseguido ajustarse con éxito a todos los datos recogidos por los cosmólogos en los últimos 20 años, pero sigue levantando suspicacias entre muchos astrofísicos.

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Ahora, los investigadores españoles han publicado un trabajo dividido en dos partes en la revista Classical and Quantum Gravity que desafía este modelo. En el primer estudio, publicado el 30 de agosto pasado, explican cómo la expansión del universo puede producirse sin necesidad de energía oscura y materia oscura. Ese método les ha permitido predecir los mismos valores que se consiguen con el modelo cósmico clásico.

En el segundo estudio, aceptado para la publicación hace unos días, aplican su nuevo método para explicar el movimiento de las galaxias. Sus resultados concuerdan con lo que propone la Dinámica Newtoniana Modificada o MOND, una teoría que se popularizó en la década de los 80 y que puede explicar la expansión del universo sin materia ni energía oscuras o, al menos, con una cantidad limitada de ella.

Expansión del universo sin materia oscura

MOND afirma que la ley de la gravedad propuesta por Isaac Newton —que dice que la fuerza gravitatoria que atrae a un objeto se hace más débil a medida que aumenta la distancia entre los dos objetos— solo funciona hasta cierta distancia. A partir de un momento los cuerpos que orbitan alrededor de un objeto más grande a grandes distancias, como las estrellas en los bordes de galaxias espirales como la Vía Láctea, experimentan una atracción gravitatoria mayor de lo que sugiere Newton.

“MOND fue una teoría clásica (no relativista, es decir, sin tener en cuenta la relatividad general de Einstein), que describía la rotación de las galaxias mejor que la teoría clásica de gravedad de Newton” asegura en declaraciones para Novaceno, Robert Monjo, profesor del departamento de Álgebra, Geometría y Topología de la Universidad Complutense de Madrid y autor principal de estas publicaciones. “Nuestro modelo deduce de forma natural una gravedad relativista que incluye los casos límite de MOND y de Albert Einstein, por lo tanto es más general. No sólo explica la expansión del universo, sino que automáticamente explica también la dinámica de las galaxias”.

Las grandes borrascas planetarias

Para medir la velocidad a la que se produce la expansión del cosmos, los investigadores usan la Constante de Hubble, llamada así en honor al astrofísico estadounidense Edwin Hubble que observó la expansión del universo por primera vez. Sin embargo, los científicos emplean dos maneras distintas de medir esa constante que arrojan resultados diferentes, lo que se conoce como ‘tensión de Hubble’.

Algunos astrofísicos determinan la expansión del universo fijándose en objetos relativamente cercanos a la Tierra y observando a qué velocidad se alejan de nuestro planeta, lo que se llama escala de distancias cósmicas. Con ella han deducido que el universo se expande a una velocidad de 73 kilómetros por segundo por millón de parsecs (km/s/Mpc). Otros utilizan las observaciones del fondo cósmico de microondas —la luz residual del petardazo del Big Bang— y obtienen una velocidad de unos 67 km/s/Mpc.

Sin embargo, el equipo de investigadores español asegura que la aceleración de la expansión del universo puede ser consecuencia de su distorsión geométrica y del punto de vista de los observadores que se mueven con ella. “La expansión del universo no es como la observada en el fondo cósmico de microondas". asegura Monjo. "Las galaxias se comportan como las grandes borrascas planetarias, que se ven impulsadas en gran parte por la aceleración ficticia que aparece cuando cambiamos de sistema de referencia".

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El investigador afirma que esas borrascas que nosotros observamos desde el planeta Tierra parecen estar dominadas por una aceleración conocida como Coriolis, que en realidad es un efecto producido por el cambio del punto de vista del observador.

“Desde el espacio exterior, las borrascas presentan un movimiento más rectilíneo, que parece curvado cuando lo observamos desde un planeta en rotación” asegura el investigador. “Algo similar ocurriría con un observador en un universo con expansión lineal, que ve distorsionadas las imágenes que le llegan, siendo éstas similares a la de un espacio acelerándose si tomamos el observador como referencia fija, es decir, como un punto estático de medición”.

Una nueva era de la cosmología

Si se confirma que el movimiento de las galaxias es como afirman los investigadores y la energía y materia oscura se quedan fuera de la ecuación de la expansión del universo, el modelo estándar del universo debería refundarse casi desde cero, asegura Monjo. Los cálculos realizados por el equipo apuntan a que la relatividad general de Albert Einstein sería válida sólo a escala local (por ejemplo, el sistema solar y gran parte de regiones de las galaxias). Sin embargo no sería correcto aplicar esas mismas leyes a nivel cosmológico.

“El espacio-tiempo es prácticamente homogéneo y no se ve afectado globalmente por el contenido de materia. La materia curva el espacio-tiempo localmente, cerca de ella, pero en zonas alejadas a la materia, el espacio evoluciona de forma independiente: se expande linealmente con el tiempo, a la velocidad de la luz, pues expansión y tiempo serían el mismo concepto geométrico”, comenta Monjo. “El universo sería cerrado, sin bordes, como la superficie de la Tierra pero con radio igual a la edad del universo (como si fuera un gran agujero creciente, de tamaño igual al "tiempo de Hubble"). Y más aún, las técnicas de geometría avanzada nos desvelan que un observador lo vería plano (infinito) y acelerado, lo cual concuerda con lo que se creía haber visto en la radiación de fondo de microondas”