Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. La publicación contribuyó con el artículo a Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com.
La forma del universo no es algo en lo que pensemos a menudo. Pero mis colegas y yo publicamos un nuevo estudio que sugiere que podría ser asimétrico o desequilibrado, es decir, que no es igual en todas las direcciones.
¿Deberíamos preocuparnos por esto? Bueno, el “modelo cosmológico estándar” actual –que describe la dinámica y la estructura de todo el cosmos– se basa directamente en el supuesto de que es isotrópico (parece igual en todas las direcciones) y homogéneo cuando se promedia a grandes escalas.
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Pero varias de las llamadas “tensiones” -o desacuerdos en los datos- plantean desafíos a esta idea de un universo uniforme.
Acabamos de publicar un artículo que analiza una de las tensiones más importantes, llamada anomalía del dipolo cósmico. Concluimos que la anomalía del dipolo cósmico plantea un serio desafío a la descripción más ampliamente aceptada del universo, el modelo cosmológico estándar (también llamado modelo Lambda-CDM).
Entonces, ¿qué es la anomalía del dipolo cósmico y por qué constituye un problema tan grande para los intentos de dar una explicación detallada del cosmos?
Comencemos con el fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación reliquia que quedó del Big Bang. El CMB es uniforme en el cielo con una precisión de una parte entre cien mil.
Por eso los cosmólogos se sienten seguros al modelar el universo utilizando la descripción “máximamente simétrica” del espacio-tiempo de la teoría de la relatividad general de Einstein. Esta visión simétrica del universo, donde parece igual en todas partes y en todas direcciones, se conoce como “descripción FLRW”.
Esto simplifica enormemente la solución de las ecuaciones de Einstein y es la base del modelo Lambda-CDM.
Pero hay varias anomalías importantes, incluida una ampliamente debatida llamada tensión de Hubble. Lleva el nombre de Edwin Hubble, a quien se le atribuye haber descubierto en 1929 que el universo se está expandiendo.
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La tensión empezó a surgir a partir de diferentes conjuntos de datos de la década de 2000, principalmente del telescopio espacial Hubble, y también de datos recientes del satélite Gaia. Esta tensión es un desacuerdo cosmológico, donde las mediciones de la tasa de expansión del universo desde sus primeros días no coinciden con las mediciones del universo cercano (más reciente).
La anomalía del dipolo cósmico ha recibido mucha menos atención que la tensión de Hubble, pero es aún más fundamental para nuestra comprensión del cosmos. Entonces, ¿qué es?
Una vez establecido que el fondo cósmico de microondas es simétrico a gran escala, se han descubierto variaciones en esta radiación reliquia del Big Bang. Uno de los más importantes se llama anisotropía dipolo CMB. Esta es la mayor diferencia de temperatura en el CMB, donde un lado del cielo es más caliente y el lado opuesto más frío, aproximadamente una parte entre mil.
Esta variación en el CMB no desafía el modelo Lambda-CDM del universo. Pero deberíamos encontrar variaciones correspondientes en otros datos astronómicos.
En 1984, George Ellis y John Baldwin preguntaron si existe una variación similar, o “anisotropía dipolar”, en la distribución del cielo de fuentes astronómicas distantes como las radiogalaxias y los quásares. Las fuentes deben estar muy distantes porque las fuentes cercanas podrían crear un “dipolo de agrupación” espurio.
Si la suposición FLRW del “universo simétrico” es correcta, entonces esta variación en fuentes astronómicas distantes debería estar directamente determinada por la variación observada en el CMB. Esto se conoce como prueba de Ellis-Baldwin, en honor a los astrónomos.
La coherencia entre las variaciones en el CMB y en la materia respaldaría el modelo estándar Lambda-CDM. Discord lo desafiaría directamente y, de hecho, la descripción de FLRW. Debido a que se trata de una prueba muy precisa, el catálogo de datos necesarios para realizarla está disponible recientemente.
El resultado es que el universo no pasa la prueba de Ellis-Baldwin. La variación en la materia no coincide con la del CMB. Dado que las posibles fuentes de error son bastante diferentes para telescopios y satélites, y para diferentes longitudes de onda del espectro, es tranquilizador saber que se obtiene el mismo resultado con radiotelescopios y satélites terrestres que observan en longitudes de onda del infrarrojo medio.
La anomalía del dipolo cósmico se ha establecido así como un desafío importante para el modelo cosmológico estándar, incluso si la comunidad astronómica ha optado por ignorarla en gran medida.
Esto puede deberse a que no existe una manera sencilla de solucionar este problema. Requiere abandonar no sólo el modelo Lambda-CDM sino la propia descripción FLRW y volver al punto de partida.
Sin embargo, se espera una avalancha de datos procedentes de nuevos satélites como Euclid y SPHEREx, y de telescopios como el Observatorio Vera Rubin y el Square Kilometer Array. Es concebible que pronto recibamos nuevos conocimientos audaces sobre cómo construir un nuevo modelo cosmológico, aprovechando los avances recientes en un subconjunto de la inteligencia artificial (IA) llamado aprendizaje automático.
El impacto sería realmente enorme en la física fundamental y en nuestra comprensión del universo.