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(noticias nanowerk) Los astrónomos saben desde hace décadas que el universo se está expandiendo. Cuando utilizan telescopios para observar galaxias distantes, descubren que estas galaxias se están alejando de la Tierra.
Las tesis centrales
Investigación
Para los astrónomos, cuanto más rápido se aleja la galaxia de nosotros, mayor será la longitud de onda de luz que emite una galaxia. Cuanto más lejos está la galaxia, más se ha desplazado su luz hacia las longitudes de onda más largas en el lado rojo del espectro, por lo que mayor es el «desplazamiento al rojo».
Dado que la velocidad de la luz es finita, rápida, pero no infinitamente rápida, ver algo en la distancia significa que estamos mirando la cosa como se veía en el pasado. En el caso de las galaxias distantes y con alto corrimiento al rojo, vemos la galaxia cuando el universo estaba en un estado más joven. Entonces, el “alto corrimiento al rojo” corresponde a los tiempos tempranos del universo y el “bajo corrimiento al rojo” corresponde a los tiempos tardíos del universo.
Pero cuando los astrónomos examinaron estas distancias, descubrieron que el universo no sólo se está expandiendo: su tasa de expansión se está acelerando. Y esta tasa de expansión es incluso más rápida de lo que predicen las principales teorías, lo que deja a los cosmólogos como yo confundidos y buscando nuevas explicaciones.
Energía oscura y una constante cosmológica
Los científicos llaman a la fuente de esta aceleración energía oscura. No estamos del todo seguros de qué impulsa la energía oscura o cómo funciona, pero creemos que su comportamiento podría explicarse por una constante cosmológica, una propiedad del espacio-tiempo que contribuye a la expansión del universo.
Esta constante fue inventada originalmente por Albert Einstein; la marcó con una lambda en su teoría general de la relatividad. Con una constante cosmológica, la densidad de energía de la constante cosmológica sigue siendo la misma a medida que el universo se expande.
Imagina una caja llena de partículas. A medida que aumenta el volumen de la caja, la densidad de las partículas disminuye a medida que se dispersan y ocupan todo el espacio de la caja. Ahora imagina la misma caja, pero a medida que aumenta el volumen, la densidad de las partículas permanece igual.
Parece contradictorio, ¿verdad? El hecho de que la densidad de energía de la constante cosmológica no disminuya a medida que el universo se expande es, por supuesto, muy extraño, pero esta propiedad ayuda a explicar la aceleración del universo.
Un modelo estándar de cosmología.
Actualmente, la teoría líder o modelo estándar de cosmología se llama Lambda CDM. Lambda se refiere a la constante cosmológica que describe la energía oscura y CDM significa materia oscura fría. Este modelo describe tanto la aceleración del universo en sus últimas etapas como la tasa de expansión en sus primeros días.
En particular, el CDM lambda explica las observaciones del fondo cósmico de microondas, que es el resplandor de la radiación de microondas de la época en que el universo estaba en un «estado denso y caliente», unos 300.000 años después del Big Bang. Las observaciones realizadas con el satélite Planck, que mide el fondo cósmico de microondas, llevaron a los científicos a desarrollar el modelo Lambda-CDM.
Al ajustar el modelo Lambda CDM al fondo cósmico de microondas, los físicos pueden predecir el valor de la constante de Hubble, que en realidad no es una constante sino una medida que describe la tasa de expansión actual del universo.
Pero el modelo Lambda CDM no es perfecto. Los científicos calcularon la tasa de expansión midiendo distancias a las galaxias, y la tasa de expansión descrita en Lambda CDM utilizando observaciones del fondo cósmico de microondas no coincide. Los astrofísicos llaman a este desacuerdo el voltaje del Hubble.
![Una ilustración que muestra el progreso de la expansión del universo después del Big Bang. El universo está representado como un embudo cilíndrico, con etiquetas en la parte inferior que muestran las primeras estrellas, la evolución de los planetas y ahora la aceleración de la energía oscura.](https://www.nanowerk.com/news2/space/id64056_1.jpg)
El voltaje del Hubble
Durante los últimos años, he estado buscando formas de explicar esta tensión del Hubble. La tensión podría sugerir que el modelo lambda-CDM está incompleto y que los físicos deberían cambiar su modelo, o podría sugerir que es hora de que los investigadores desarrollen nuevas ideas sobre cómo funciona el universo. Y las nuevas ideas son siempre lo más apasionante para un físico.
Una forma de explicar la tensión de Hubble es modificar el modelo lambda-CDM cambiando la baja tasa de expansión del corrimiento al rojo en los últimos momentos del universo. Esta modificación del modelo puede ayudar a los físicos a predecir qué fenómenos físicos podrían causar el voltaje del Hubble.
Por ejemplo, la energía oscura puede no ser una constante cosmológica, sino más bien el resultado de la acción de la gravedad de nuevas formas. Si este es el caso, la energía oscura evolucionaría a medida que el universo se expande, y el fondo cósmico de microondas, que muestra cómo era el universo apenas unos años después de su formación, tendría una predicción diferente para la constante de Hubble.
Sin embargo, las últimas investigaciones de mi equipo han descubierto que los físicos no pueden explicar el voltaje de Hubble simplemente por un cambio en la tasa de expansión en el Universo tardío; toda esta clase de soluciones no es suficiente.
Desarrollo de nuevos modelos.
Para investigar qué tipos de soluciones podrían explicar la tensión de Hubble, desarrollamos herramientas estadísticas que nos permitieron probar la viabilidad de toda la clase de modelos que alteran la tasa de expansión en el Universo tardío. Estas herramientas estadísticas son muy flexibles y las hemos utilizado para igualar o imitar diferentes modelos que podrían ajustarse a las observaciones de la tasa de expansión del universo y podrían proporcionar una solución al voltaje de Hubble.
Los modelos que probamos incluyen modelos de energía oscura en evolución, donde la energía oscura actúa de manera diferente en diferentes momentos del universo. También probamos modelos de interacción entre energía oscura y materia oscura, donde la energía oscura interactúa con la materia oscura, así como modelos de gravedad modificados, donde la gravedad actúa de manera diferente en diferentes momentos del universo.
Pero ninguno de estos podría explicar completamente la tensión del Hubble. Estos resultados sugieren que los físicos deberían estudiar el universo primitivo para comprender la causa de la tensión.
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