La nueva teoría del vacío cósmico que explica la velocidad de expansión del universo

Los científicos siguen intentando encontrar respuestas que resuelvan de una vez por todas uno de los mayores misterios de la cosmología: la velocidad a la que se expande el universo. La última la da un reciente y sorprendente estudio que afirma que vivimos en un enorme vacío espacial, una región del universo con una densidad de materia inferior a lo normal.

“En este escenario, tendríamos que estar cerca del centro de un vacío de unos mil millones de años luz de radio y con una densidad un 20% inferior a la media del universo en su conjunto, es decir, no completamente vacío”, explica Indranil Banik, investigador postdoctoral en la facultad de astrofísica de la Universidad de St Andrews, en el Reino Unido, y uno de los autores del estudio publicado en la revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Según el investigador un vacío de este calibre no concuerda con el modelo estándar. Este modelo, llamado materia oscura fría lambda (ΛCDM), se basa en observaciones del residuo de luz del inicio del Big Bang, lo que se conoce como el fondo cósmico de microondas (CMB).

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“El CMB ofrece una instantánea de la estructura del universo incipiente, lo que sugiere que la materia actual debería estar repartida de manera bastante uniforme”, dice Banik. “Sin embargo, el recuento directo del número de galaxias en distintas regiones sugiere que nos encontramos en un vacío local”.

Intentando explicar la expansión del universo

El universo lleva en constante expansión desde el estallido del Big Bang, hace unos 13,7 mil millones de años. Para medir la velocidad a la que se produce esa expansión, los investigadores usan la Constante de Hubble. Sin embargo, los astrofísicos emplean dos maneras distintas de medir esa constante que arrojan resultados diferentes.

Algunos se fijan en objetos relativamente cercanos a la Tierra para determinar a qué velocidad se alejan de nuestro planeta, lo que se llama escala de distancias cósmicas. Con ella han determinado que el universo se expande a una velocidad de 73 kilómetros por segundo por millón de parsecs (km/s/Mpc). Otros investigadores utilizan las observaciones del CMB para realizar sus cálculos y obtienen una velocidad de unos 67 km/s/Mpc.

Esta discrepancia entre los datos registrados con ambos métodos se conoce como la tensión de Hubble. Y puede deberse tanto a errores en el sistema de medición como a que todavía nos queda mucho por conocer sobre los mecanismos del cosmos.

Sin embargo hay un modelo alternativo conocido como MOND (Dinámica newtoniana modificada, en sus siglas en inglés) que está dando lugar a nuevas hipótesis sobre la expansión. 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.

Este modelo alternativo es el que ha usado el equipo británico para testar sus ideas. “La historia general de la expansión cósmica en MOND sería similar a la del modelo estándar, pero la estructura (como los cúmulos de galaxias) crecería más rápido en MOND”, explica Banik. “Nuestro modelo capta el aspecto que podría tener el universo local en un universo MOND. Y descubrimos que permitiría que las mediciones locales de la tasa de expansión actual fluctuaran en función de nuestra ubicación”.

Estamos en el centro del vacío

El equipo sugiere que este enorme vacío en el que estamos creció a partir de una pequeña fluctuación de densidad en las primeras etapas del universo. Para probar su teoría han aprovechado las más recientes observaciones de las galaxias y han medido su flujo volumétrico, la velocidad media de la materia en una esfera dada, densa o no. Este número varía con el radio de la esfera y puede llegar hasta mil millones de años luz, dice el investigador.

“Curiosamente, el flujo de materia de las galaxias a esta escala cuadruplica la velocidad prevista en el modelo estándar”, dice Banik. “También parece aumentar con el tamaño de la región considerada, al contrario de lo que predice el modelo estándar”.

El equipo asegura que su modelo coincide bastante bien con las observaciones. Esto sugiere que estamos bastante cerca del centro de esa región de vacío espacial y que el vacío está más vacío en su centro que en los bordes.

“Nuestros resultados llegan en un momento en que las soluciones populares a la tensión del Hubble están teniendo problemas”, dice el investigador. “Algunos creen que sólo necesitamos mediciones más precisas. Otros piensan que puede resolverse asumiendo que la alta tasa de expansión que medimos localmente es realmente la correcta. Pero eso requiere un ligero ajuste de la historia de la expansión en el universo primitivo para que el CMB siga pareciendo correcto”.