NeoFronteras

Una vez más la Relatividad General, propuesta por Einstein hace casi un siglo, sale victoriosa de otra prueba, esta vez a escala cosmológica.

Mapa parcial del cielo confeccionado con datos del proyecto Sloan. Representa una “porción de tarta” del universo de 7000 millones de años luz de radio. Fuente: M. Blanton, Sloan Digital Sky Survey.

La aparición de la materia y energía oscura en escena ha hecho dudar de las teorías establecidas. Según la tradición, que comenzó con el éter del siglo XIX, quizás tanto la energía como la materia oscura no existan realmente, y todo sea el resultado de nuestra mala compresión del Universo. Un blanco de esta mala comprensión ha sido la Relatividad General, teoría que, bajo esta filosofía, habría que revisar o ser sustituida por otra mejor que explicara las observaciones sin necesidad de recurrir a energías y materias enigmáticas. Al calor de este movimiento intelectual han surgido varias teorías candidatas.
Ahora, el análisis de más de 70.000 galaxias por parte de científicos de las universidades de Berkeley, Zurich y Princeton demuestra que el Universo, al menos hasta una distancia de 3500 millones de años luz de nosotros, funciona bajo las reglas de la Relatividad General (RG) y produce resultados mejores que los obtenidos por otras teorías alternativas.
En su análisis han tenido en cuenta el agrupamiento en cúmulos de estas galaxias, sus velocidades y la distorsión introducida en la luz por la materia implicada. Una de las consecuencias a las que llegan en este estudio es que la materia oscura es la mejor explicación para describir el movimiento de los cúmulos de galaxias.
“Lo mejor de ir a escalas cosmológicas es que podemos comprobar cualquier teoría alternativa de la gravedad, porque debe predecir las cosas que observamos”, dice Uros Seljak.
En particular la teoría TeVeS, que modifica la RG para evitar la existencia de la materia oscura, falló completamente la prueba. Según esta teoría alternativa, la aceleración causada por la fuerza gravitatoria sobre un cuerpo no dependería solamente de su masa, sino que además dependería de la propia aceleración producida por la gravedad.
Además, los resultados contradicen un informe aparecido el año pasado según el cual, el Universo primitivo, de entre hace 11000 y 8000 millones de años, se desvió de la descripción de la RG.
El descubrimiento de la energía oscura, una enigmática fuerza que está acelerando la expansión del Universo, dio lugar a la aparición de las teorías f(R), según las cuales se puede explicar la aceleración de la expansión sin necesidad de energía oscura.
Pero poner a prueba estas teorías no es fácil. Normalmente, en los experimentos cosmológicos se intenta detectar fluctuaciones en el fondo cósmico de radiación, pero las teorías de gravedad predicen relaciones entre densidad de masa y velocidad o entre densidad y potencial gravitatorio.
Según Seljak, el tamaño de las fluctuaciones, por el mismo, no nos dice nada acerca de la posible teoría que pueda haber debajo. Añade que la novedad de esta nueva técnica es que los resultados no dependen de la magnitud de esas fluctuaciones.
Todo empezó hace tres años cuando Pengjie Zhang del observatorio de Shanghai sugirió usar una cantidad denominada EG para poner a prueba los modelos. EG refleja la cantidad de agrupamiento en las galaxias observables y la cantidad de distorsión introducida en la luz al atravesar las galaxias, o efecto de “lente débil”. La lente débil puede hacer, por ejemplo, que veamos una galaxia redonda como si fuera ovalada. EG es proporcional a la densidad media del Universo e inversamente proporcional a la tasa de crecimiento de estructuras dentro de él. Según Seljak, esto permite librarse de la amplitud de fluctuaciones del fondo cósmico y centrarse directamente en una particular combinación que es sensible a las modificaciones de la RG.
Usando datos de más de 70.000 galaxias distantes brillantes del proyecto Sloan, este investigador y sus colaboradores calcularon EG y lo compararon con las predicciones que para EG hacen las teorías TeVeS, f(R) y RG con constante cosmológica (que daría cuenta de la energía oscura) y materia oscura fría. Se encontró un valor observacional para EG de 0,39.
Las predicciones de TeVeS para EG se salieron fuera de los límites de error observacional, mientras que f(R) producía un valor de EG por debajo de lo observado (aunque todavía dentro de la barra de error). Sin embargo, el valor de EG proporcionado por la RG encajaba muy bien con los datos observacionales.
En un esfuerzo por reducir el error, y librarse definitivamente de las f(R), Seljak espera ampliar sus análisis con el catálogo BOSS, que contendrá datos de un millón de galaxias y que estará disponible en unos cinco años. Para reducir el error en un factor de diez se requeriría un proyecto más ambicioso, como el ya propuesto BigBOSS y en espera de ser aprobado. Futuras misiones espaciales como la JDEM de la NASA o la misión Euclides de la ESA podrían ayudar también en este objetivo.
Por otro, lado Glenn Starkman, de Case Western Reserve University en Cleveland dice que la EG será útil para futuras baterías de test a los que someter todas estas teorías. Este investigador y sus colaboradores acaban de comprobar que una de estas teorías, denominada “Éter de Einstein”, y que usa un nuevo campo para reemplazar a la vez materia y energía oscura, no explica los patrones que se ven en el fondo cósmico de radiación.
En definitiva, es un alivio que nuevos experimentos y observaciones empiecen eliminar tantas teorías que habían proliferado últimamente.
No deja de ser increíble que la RG funcione tan bien a estas escalas cosmológicas y también lo haga a una diezmilésima de milímetro, como en el experimento de Holger Müller descrito hace poco en esta misma web. Son muchos órdenes de magnitud.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa de la Universidad de Berkeley.
Artículo en Nature (resumen).
Artículo sobre el éter de Einstein.
Einstein vuelve a tener razón.