En 1998, los astrónomos hicieron un descubrimiento curioso. Al estudiar el comportamiento de supernovas distantes, llegaron a la conclusión de que el universo no sólo se está expandiendo, sino que esta expansión se está acelerando. El cosmos, concluyeron, está explotando.
El descubrimiento sacudió la cosmología. Implicaba que el universo probablemente experimentaría una larga muerte fría a medida que sus componentes se alejaran inexorablemente unos de otros. También planteó la cuestión de qué estaba causando esta aceleración. Los cosmólogos finalmente decidieron que la expansión estaba siendo impulsada por una fuerza que llamaron energía oscura y comenzaron a desarrollar un modelo cosmológico que podría explicarla, llamado modelo Lambda-Materia Oscura Fría (ΛCDM).
La historia alcanzó un clímax en 2011, cuando los astrónomos detrás del descubrimiento recibieron el Premio Nobel de Física. Pero quedan preguntas importantes y comprender este enigmático fenómeno ha sido desde entonces un desafío central para la cosmología moderna.
Ilusión oscura
Ahora el rompecabezas puede finalmente estar llegando a su fin gracias al trabajo de Antonia Seifert y sus colegas de la Universidad de Canterbury en Nueva Zelanda. Este grupo ha analizado las observaciones más recientes y completas de supernovas de tipo Ia y dice que la evidencia es consistente con un modelo del universo que, después de todo, no está explotando. En otras palabras, la energía oscura es simplemente una ilusión.
“Estos resultados proporcionan evidencia de la necesidad de revisar los fundamentos de la cosmología teórica y observacional”, dice el equipo.
En el centro de este debate está la distinción entre el modelo de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker y un modelo diferente llamado cosmología del “paisaje temporal” propuesto por David Wiltshire y otros en 2007 (Wiltshire es uno de los autores del nuevo artículo).
El modelo de Friedmann et al supone que el universo es homogéneo en las escalas más grandes, de modo que la luz se propaga uniformemente en todas las direcciones. Pero varios teóricos han señalado que el universo está lejos de ser homogéneo y, en cambio, está salpicado de galaxias de alta densidad y vacíos gigantes que se forman en estructuras gigantes de tipo filamentoso en una escala aún mayor.
Es bien sabido que las galaxias curvan y distorsionan las ondas de luz, y algunos cosmólogos dicen que los vacíos también deben hacerlo y han desarrollado herramientas matemáticas para estudiar cómo esto podría hacer que el universo se vea ante los observadores en la Tierra.
La contribución de Wiltshire es un modelo basado en este pensamiento llamado cosmología del paisaje temporal que explora cómo las variaciones en las fuerzas gravitacionales en todo el universo pueden hacer que el tiempo se ralentice para las ondas de luz. El efecto es hacer que las supernovas de tipo Ia parezcan más lejanas de lo esperado y, por tanto, parezcan moverse más rápido. Todo esto, dijo, crearía la ilusión de que el universo estaba explotando cuando, en realidad, la expansión del universo podría estar desacelerándose. Fundamentalmente, esta perspectiva elimina la necesidad de energía oscura.
Por supuesto, la prueba definitiva para las teorías cosmológicas es si están respaldadas por evidencia observacional. Entonces, para probar la hipótesis del paisaje temporal, Seifert, Wiltshire, y co-realizaron un análisis independiente del modelo de la compilación más extensa de observaciones de supernovas de tipo Ia hasta la fecha, llamada conjunto de datos Pantheon+.
Las supernovas de tipo Ia son cruciales aquí porque tienen un brillo intrínseco constante que permite a los astrónomos determinar su distancia con precisión.
Seifert y compañía compararon las predicciones del modelo ΛCDM y el modelo de paisaje temporal. El análisis reveló pruebas sólidas a favor del modelo de paisaje temporal. En particular, el factor Bayes, una métrica estadística utilizada para comparar modelos, indicó una preferencia decisiva por la cosmología del paisaje temporal sobre ΛCDM. “Al considerar toda la muestra de Pantheon+, encontramos evidencia muy sólida a favor del paisaje temporal sobre ΛCDM”, dicen Seifert y compañía.
Teoría matizada
Por supuesto, otros grupos necesitarán validar y repetir estos hallazgos. Pero si se valida, las implicaciones son profundas. La energía oscura, la fuerza distintiva que impulsa la aceleración del universo, se volvería innecesaria. En cambio, los efectos observados surgirían de una comprensión matizada de la relatividad general aplicada a un universo grumoso y no homogéneo.
Eso significa que los cosmólogos tendrán que revisar el modelo ΛCDM, que ha sido la piedra angular de la cosmología moderna durante décadas. El modelo ΛCDM incorpora energía oscura utilizando la constante cosmológica, Λ, pero también intenta dar cuenta de los poderosos efectos gravitacionales que se cree que genera la materia oscura fría, aunque todavía no se ha observado la materia oscura directamente. Si la energía oscura es realmente una ilusión, los cosmólogos tendrán que revisar este paradigma.
Esto será un alivio para los físicos que durante mucho tiempo han reflexionado sobre cómo el universo puede crear tanta energía (oscura o no) aparentemente de la nada.
El artículo de Seifert y compañía no es la última palabra. Pero enfatizan que sus resultados son un caso convincente para reevaluar los fundamentos de la cosmología teórica y observacional. “Nuestros resultados implican profundas consecuencias para la cosmología y la astrofísica”, afirman Seifert y compañía. Queda por ver si la energía oscura seguirá siendo en última instancia una piedra angular de la cosmología o se desvanecerá en la historia como una ilusión de percepción, pero de cualquier manera, el viaje por delante parece emocionante.
Ref: Evidencia de supernovas para cambios fundamentales en los modelos cosmológicos: arxiv.org/abs/2412.15143