NeoFronteras

Recientes estudios rechazan que los huecos que pueda haber en la distribución de materia a gran escala en el Universo creen la ilusión de que existe la energía oscura.

Plano de la estructura a gran escala del Universo. Foto: Sloan Digital Sky Survey.

Hace 10 años los astrofísicos se quedaron boquiabiertos con los resultados procedentes de las explosiones de supernova de tipo Ia. Éstas indicaban que el Universo se estaba expandiendo de manera acelerada, efecto que se atribuyó a una misteriosa energía que por ser desconocida se denominó energía oscura. El resultado era tan sorprendente que muchos expertos se negaban a creer en los resultados.
Muchos de estos resultados provenían del telescopio espacial Hubble que con mucho cuidado había medido el brillo de estas explosiones en otras galaxias. Como el brillo intrínseco de estas supernovas es siempre el mismo y conocido, las variaciones percibidas sobre el brillo medido desde aquí y su corrimiento al rojo proporcionan pistas sobre el espacio-tiempo. Según las observaciones su brillo medido era menor que el esperado. Cuanto más lejanas eran las supernovas más débiles parecían ser, incluso más débiles que la pérdida de brillo atribuido por la distancia a la que se encuentran. Esto significaba que el espacio entre ellas y nosotros se expande a un ritmo que crece en el tiempo. De este modo, además de la expansión provocada por el propio Big Bang, habría una energía que expandiría aún más el Universo.
Desde entonces se han tratado de proporcionar teorías que explicaran el efecto. Una posibilidad hubiera sido la existencia de polvo cósmico que absorbiera parte de la luz en su camino hasta nosotros. Esto parece ya descartado.
La ventaja que nos proporciona ver el pasado del Universo al mirar lejos nos dice que si observamos supernovas aún más lejanas, cuando todavía la gravedad estaba ganando la partida a la energía oscura y el ritmo de expansión se ralentizaba, su brillo nos parecerá más intenso que el esperado, al contrario de lo observado en el caso de las más cercanas. Todavía hay que esperar más datos al respecto, porque esto no es fácil de medir. Quizás podamos saber incluso cuándo exactamente la energía oscura empezó a ganar la partida. Según algunos autores la tendencia se invirtió hace unos 7000 millones de años.
Mientras tanto aparecen nuevos resultados sobre este tema, como el de la noticia cubierta recientemente por esta web sobre formación de cúmulos de galaxias que apoyan la existencia de la energía oscura. Además, otros resultados sobre este tema que intentaban explicar lo observado con otros modelos parece que también están siendo refutados. Hoy veremos uno de estos casos.
Algunas teorías afirmaban que el efecto observado sobre las explosiones de supernova de tipo Ia es un efecto virtual, un espejismo, una ilusión producida por la distribución no homogénea de materia en el Universo.
Sabemos, gracias a grandes campañas de observación como la de Sloan, que la materia no se distribuye aleatoria y homogéneamente en el Universo, al menos en el Universo cercano. La materia se distribuiría como el queso de un gigantesco queso de gruyere lleno de agujeros o huecos, o como el agua jabonosa de la espuma con sus numerosas burbujas.
Para crear las estructuras que observamos necesitamos cierta inhomogeneidad de materia para que los agregados de materia puedan crecer (cúmulos, galaxias, estrellas, planetas), pero no tanto como para que se explique la homogeneidad del fondo cósmico de microondas. Además, si el Universo es poco homogéneo el principio cosmológico fallaría y no podríamos resolver las ecuaciones de Einstein de la Relatividad General de manera analítica sin perder parte de su poder de descripción del Universo con alguna aproximación.
Lo que se discute en este caso es la cuantía e importancia de esos huecos. Si son pequeños o poco numerosos no pasa nada. Si hay muchos y son grandes entonces habría que replantearse algunas cosas.
Un grupo del Fermi National Accelerator Laboratory en Batavia invocó la estructura en forma de queso suizo, en la que los vacíos son muchos e importantes, para explicar por qué las supernovas aparentemente parecen aún más débiles según la distancia de lo esperado. Los vacíos tendrían en este caso un tamaño de miles de millones de años luz. Incluso el año pasado astrónomos de University of Minnesota parecían confirmar la presencia de alguno de esos vacíos gigantescos de 1000 millones de años luz de tamaño en sus observaciones. Confirmar este tipo de estructuras es difícil porque la tecnología actual sólo permite situar las galaxias en un punto tridimensional del espacio cuando están cerca.
Según los investigadores del Fermi quizás algunos de estos huecos se situarían entre nosotros y las supernovas y actuarían como lentes ópticas (¿divergentes?). De este modo los objetos aparecerían menos brillantes de lo que realmente son. La supuesta aceleración de la expansión sería por tanto una ilusión. Si así fuera, la energía oscura simplemente no existiría. En principio, y según esta teoría, la Tierra no ocuparía un lugar especialmente privilegiado en el Universo.
Ali Vanderveld del JPL y sus colaboradores publicaron recientemente un artículo sobre el efecto que tendría sobre el Universo que la materia estuviera distribuida como en un queso de gruyere. Según sus conclusiones la presencia de huecos o vacíos no es suficiente para eliminar la hipótesis de la energía oscura. Los investigadores del Fermi asumieron la presencia de esos huecos en su modelo de tal modo que unos cuantos estarías alineados entre nosotros y una hipotética supernova. Pero los investigadores del JPL dicen que en realidad es de espera una distribución aleatoria de estos huecos. Si la distribución es aleatoria los vacíos no son capaces de explicar el efecto observado, según estos investigadores.
Aún así el grupo del JPL admite que todavía es posible que la energía oscura sea una ilusión si nuestra galaxia está cerca del centro de uno de esos huecos. Es decir, en una posición privilegiada, algo que iría en contra del principio copernicano. Asumir esta posición privilegiada sería, desde el punto de vista filosófico, bastante incómodo. Esto eliminaría la necesidad de la energía oscura, pero habría que renunciar a este principio que nos ha guiado desde que se dijo que es el Sol el que está en el centro del Sistema Solar y no la Tierra. Todo dependería también de los vacíos que estuvieran los huecos, si hay algunas galaxias dentro, ¿por qué no puede ser la nuestra?
Aquí es donde entra en juego el estudio de Jim Zibin, Adam Moss y Douglas Scott de University of British Columbia, publicado en un artículo reciente en Physical Review Letters, que defiende el principio copernicado y que ya mencionamos en NeoFronteras hace unos días.
Se basan en datos procedentes del WMAP sobre el fondo cósmico de microondas y datos procedentes de observatorios en tierra para rechazar la teoría de que estamos centrados en un vacío cósmico.
Confrontaron los modelos de huecos contra estos datos descubriendo que los modelos de huecos no explican adecuadamente esta combinación de datos. Esto se puede hacer porque ya se dispone de datos cosmológicos de precisión y el modelo de energía oscura los explica mucho mejor que los modelos de huecos.
Como sólo podemos observar desde la Tierra no es fácil determinar si vivimos en un sitio especial o no, pero según Zibin estamos aprendiendo que nuestra localización es mucho más corriente que la extraña energía que rellena el Universo.
Parece que, al menos que surja una gran sorpresa, cada día se confirma más que la energía oscura realmente existe o, al menos, que el efecto que observamos es real. Aunque todo parece indicar que consistiría en una especie de constante cosmológica todavía hay espacio para una posible teoría que modifique la Relatividad General que a escala galáctica o menor prediga lo mismo que ella y que a escala cosmológica se comporte de manera distinta. Sin embargo, todavía no contamos con una de estas teorías que funcione bien.
El próximo paso cualitativo vendrá dado por los resultados de explosiones de supernova Ia con alto corrimiento al rojo, es decir, muy lejanas y que explotaron hace más de 7000 millones de años. Si se confirma que son más brillantes de lo esperado, y en la cuantía predicha, entonces estaremos casi seguros de que el Universo se expandirá por siempre y cada vez más rápido.

Fuentes y referencias:
Noticia en JPL.
Copia artículo original.
Noticia en University of British Columbia.
Artículo original (resumen).
Cúmulos galácticos y energía oscura.
Sabremos si ocupamos una posición privilegiada.
Grafito y energía oscura.
¿Y si la energía oscura no existe?
¿Es la energía oscura una ilusión?
Ven cómo era la energía oscura en el universo primitivo
Nuevo modelo elimina la necesidad de energía oscura.
La energía oscura y la constante cosmológica.
Propuesta para conocer la naturaleza de la energía oscura.